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钢球堆积自组织行为的电学研究

作　者: 殷宗振
导　师: 姜久兴
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 颗粒物质幂率自组织临界性
分类号: O441.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

颗粒物质是指尺寸在一百微米以上的固体颗粒构成的离散体系。它广泛存在于自然界中,如:沙子,矿石,雪花,谷物等,是最为人们所熟悉的物质类型之一。颗粒物质特性的研究对经济发展和科技进步有着重要的作用。颗粒物质是一个复杂的耗散系统,其很多现象都与力学性质有关。文中介绍了颗粒物质中的慢弛豫现象,在颗粒物质系统自主演化运动的过程中,慢动力学对系统的演化起着支配和主导的作用,膨胀性、摩擦力和拱形结构会对体系产生大的影响。介绍了复杂体系的自组织理论。自组织临界性理论(SOC)理论是一门新兴理论,它解释了广延耗散动力系统的组织原则,即自然界中开放、远离平衡态、相互作用的耗散动力系统通过自组织过程,自发地向临界态演化。处于自组织临界态的系统具有长程时空关联性,一件小的事件的扰动有可能会引起连锁反应甚至“雪崩”。当系统达到SOC态时,能量耗散事件的强度或尺度分布服从幂律关系(标度不变性)。在外界扰动下钢球堆积的电阻会发生改变,堆积电阻的变化反映了堆积内部结构和力的分布的改变。讨论了影响堆积电阻的因素,设计实验选择固定电流测量堆积电阻的方法,发现了不同电流改变方式对堆积电阻有很大的影响。通过堆积电阻的测量,研究了静止钢球堆积在外界随机扰动情况下的自组织行为。发现堆积初始电阻可大可小,在较短的时间内堆积的电阻随时间的变化是不确定的,但是也存在着一定的规律性。而经过长时自组织实验发现,相邻堆积电阻的变化量与其累积频数服从负幂律关系,且功率谱是1 /f噪声,由于场量的幂率分布是自组织临界的证据,所以这个结果表明堆积系统处在自组织临界状态。

钢球堆积自组织行为的电学研究

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