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Examen

PHY3707 Assignment 2 (197028) Due June 2026 |Solid State Physics|

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UNIVERSITY OF SOUTH AFRICA
College of Science, Engineering and Technology


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PHY3707: Solid State Physics

Assignment 2 — Semester 1, 2026

⋄ ⋄ ⋄ ⋄ ⋄ ⋄ ⋄ ⋄ ⋄⋄




PHY3707
Module Code:
Solid State Physics
Module Name:
Assignment 2
Assignment Number:
197028
Unique Number:
June 2026
Due Date:
50
Total Marks:
Srivastava, J.P. 2014. Elements of Solid
Prescribed Text:
State Physics, 4th ed.




Submitted in partial fulfilment of the requirements for PHY3707 — UNISA 2026

, UNISA | PHY3707 Solid State Physics – Assignment 2



Question 1: Madelung Constant for a One-Dimensional Ion Array

Question: Show that the Madelung constant for a one-dimensional array of ions of alternat-
ing sign with a distance a between successive ions is given by 2 ln 2. [12]


1.1 Setup of the One-Dimensional Model


Consider an infinite linear chain of ions with alternating charges +e and −e, each separated
from its neighbour by a distance a. The goal is to compute the total electrostatic (Madelung)
potential energy at one reference ion due to all others in the chain (Srivastava, 2014:38).

Place the reference ion at the origin. Ions at positions ±a, ±2a, ±3a, . . . carry alternating
signs. The nearest neighbours (at ±a) are oppositely charged, the next-nearest (at ±2a) are
like-charged, and so on.


1.2 Writing the Electrostatic Potential at the Reference Ion


The Coulomb potential at the origin due to all other ions is:


∞ ∞
e X (−1)n+1 2e X (−1)n+1
V = ×2= (1)
4πε0 na 4πε0 a n
n=1 n=1


The factor of 2 accounts for contributions from both sides (left and right). The sign factor
(−1)n+1 ensures the nearest ions are attractive (opposite sign) and the next-nearest repulsive
(same sign).

Expanding the series explicitly:


∞
X (−1)n+1 1 1 1 1
=1− + − + − ··· (2)
n 2 3 4 5
n=1



1.3 Identifying the Series as ln 2


Recall the well-known Maclaurin series for the natural logarithm:


x2 x3 x4
ln(1 + x) = x − + − + ··· for − 1 < x ≤ 1 (3)
2 3 4


Page 2 of 14

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Philip Hofmann Solid State Physics
Editorial: 2015 ISBN: 9783527412822 Edición: Desconocido

Información del documento

Subido en
16 de mayo de 2026
Número de páginas
14
Escrito en
2025/2026
Tipo
Examen
Contiene
Preguntas y respuestas
$4.91

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