Logo
Logo

Диффузия в поликристаллах

Разбалловка

A1  0.20 Запишите выражение для $v$ в терминах $T$ и физических констант. Отсюда получите закон пропорциональности $D(T)$.

A1. 1 Записано выражение $v=\sqrt{3kT/m}$ 0.10
A1. 2 Получен ответ $D\propto\sqrt T\exp[-E_g/kT]$ 0.10
A2  0.40 Запишите, как связаны между собой среднеквадратичное перемещение частицы $\Delta r_{sq}$ с коэффициентом диффузии $D$ и временем симуляции $t$ в трёхмерном случае.

Примечание: движение частицы вдоль каждой из трёх осей в случайном блуждании можно считать независимым. Коэффициент диффузии $D$ в одномерном случае связан с размером ячейки $a$ и характерным временем перескока $\tau$ как $D=a^2 /2 \tau$.

Примечание: если вы не справились с этим пунктом, в дальнейшем считайте $\Delta r_{sq}=\sqrt{Dt}$.

A2. 1 Вдоль любой оси $\overline{x^2}=n a^2$ 0.10
A2. 2 Вдоль любой из осей $\sqrt{2Dt}$ 0.10
A2. 3 В трёхмерном случае ответ в 3 раза больше, чем в одномерном 0.10
A2. 4 Окончательно получено $\sqrt{6Dt}$ 0.10
A2  2.00 Снимите точки для нахождения $D(T)$ и линеаризуйте полученную зависимость. Найдите энергию $E_g$ в условных единицах с точностью хотя бы $2\text%$. Явно укажите, как вы достигаете этой точности.

Проводите измерения в диапазоне $T\in[1;10]$, $t\in[1;10]$ и $N\in[10^2;10^4]$.

A2. 1 Предложена верная линеаризация (даже если не оценён A1) 0.30
A2. 2 Сняты точки 5 × 0.12
A2. 3 Точки пересчитаны 5 × 0.06
A2. 4 Найдена $E_g\in[3.0;4.2]$ (с точностью до $k_B$) 0.50
A2. 5 Найдена $E_g\in[2.4;4.8]$ 0.20
A2. 6 $E_g$ не попадает в ворота 0.00
A2. 7 Правильная оценка погрешности 0.20
A2. 8 Погрешность $\le2\%$ 0.10
B1  0.40 Чему будет равен коэффициент $\alpha$ в такой структуре?

Примечание: не обязательно решать этот пункт, чтобы перейти к численному моделированию.

B1. 2 Вклад от плоскостей, перпендикулярных направлению диффузионного тока 0.10
B1. 3 Вклад от плоскостей, параллельных направлению диффузионного тока (ставится только этот пункт, если получено $\alpha=1$) 0.20
B1. 4 Ответ $\alpha=2/3$ 0.10
B2  2.00 Моделируя диффузию в поликристалле при $t\in[2;5]$, $D_{gb}/D\in[2;5]$, $\delta\in[0.005;0.05]$, получите экспериментальное значение $\alpha$. Сравните с результатом B1.

Примечание: В результате работы программы в файл Bavg.csv записывается зависимость логарифма средней концентрации $\ln\bar c$ частиц примеси от квадрата глубины проникновения $z^2$. Эту зависимость можно анализировать с помощью программы B.nb.

B2. 1 Предложена верная линеаризация 0.40
B2. 2 Сняты точки 5 × 0.12
B2. 3 Точки пересчитаны 5 × 0.06
B2. 4 Получен $\alpha\in[0.5;1.0]$ 0.50
B2. 5 Получен $\alpha\in[0.2;1.5]$ 0.20
B2. 6 $\alpha$ не попадает в ворота 0.00
B2. 7 Результат совпадает с результатом предыдущего пункта (явное указание или математическая близость величин) 0.20
C1  0.40 Что можно сказать к коэффициентах, не прибегая к численному моделированию? Найдите все значения коэффициентов, которые можно определить априори.

C1. 1 Использование метода размерностей 0.20
C1. 2 Ответ $\psi=-6/5$ 0.20
C2  4.00 Путём численного моделирования найдите остальные коэффициенты. Проводите измерения в диапазоне $t\in[0.005;0.200]$, $D_{gb}/D\in[5;50]$, $\delta\in[0.02;0.20]$.

В результате работы программы в файл Cavg.csv записывается зависимость логарифма средней концентрации $\ln\bar c$ частиц примеси от степени глубины проникновения $z^{6/5}$, а в файл Cmap.csv – зависимость логарифма концентрации $\ln c$ от степени глубины проникновения $z^{6/5}$ и координаты $y$, отсчитываемой вдоль поверхности твёрдого тела. Эти зависимости можно анализировать с помощью программы C.nb.

C2. 1 Предложена линеаризация для нахождения коэффициентов: $Y=\ln|k|$ от $X=\ln(\ldots)$, где в качестве $\ldots$ выступает какой-то из входных параметров симуляции. 0.40
Нахождение $\xi$
C2. 3 Сняты точки 3 × 0.20
C2. 4 Точки пересчитаны 3 × 0.10
C2. 5 Получен $\xi\in[-0.6;-0.2]$ 0.30
C2. 6 Получен $\xi\in[-0.8;-0.0]$ 0.10
C2. 7 $\xi$ не попадает в ворота 0.00
Нахождение $\eta$
C2. 9 Сняты точки 3 × 0.20
C2. 10 Точки пересчитаны 3 × 0.10
C2. 11 Получен $\eta\in[-0.9;-0.5]$ 0.30
C2. 12 Получен $\eta\in[-1.2;-0.2]$ 0.10
C2. 13 $\eta$ не попадает в ворота 0.00
Нахождение $\zeta$
C2. 15 Сняты точки 3 × 0.20
C2. 16 Точки пересчитаны 3 × 0.10
C2. 17 Получен $\zeta\in[-0.6;-0.2]$ 0.30
C2. 18 Получен $\zeta\in[-0.8;-0.0]$ 0.10
C2. 19 $\zeta$ не попадает в ворота 0.00
C3  0.60 Найдите как можно точнее величину $C$.

C3. 1 Для нахождения $C$ пересчитаны точки из предыдущего пункта 5 × 0.08
C3. 2 Получен $C\in[1.0;1.8]$ 0.20
C3. 3 Получен $C\in[0.5;2.5]$ 0.10
C3. 4 $C$ не попадает в ворота 0.00