Термодинамика и молекулярная физика

2020/2021

Учебный год

RUS

Обучение ведется на русском языке

4

Кредиты

Кто читает:

Факультет физики

Статус:

Курс обязательный

Когда читается:

2-й курс, 1, 2 модуль

Преподаватели

Кунцевич Александр Юрьевич

Хохлов Дмитрий Андреевич

Шарыкин Иван Николаевич

Программа дисциплины

Аннотация

В рамках курса вводятся и иллюстрируются на примере простейших невзаимодействующих систем (двухуровневой и идеального газа) основы статистической физики, из которых формулируются законы термодинамики. Законы термодинамики применяются к тепловым машинам, фазовым переходам, поверхностным явлениям, магнетикам и электронам проводимости. Завершает курс разбор простейших кинетических явлений.

Цель освоения дисциплины

• Знать основные законы и определения статистической физики и представлять, как наличие различных микросостояний системы определяет её средние величины
• Знать основные законы и методы термодинамики, уметь решать задачи на связи между различными термодинамическими величинами
• Знать основные понятия кинетики газов и броуновских частиц. Уметь решать в простейших стационарных случаях уравнения диффузии и теплопроводности.

Планируемые результаты обучения

• Студент должен представлять, что термодинамическое макросостояние характеризуется сменой множества микросостояний, а термодинамические величины, согласно распределению Гиббса могут быть посчитаны, если знать энергии и вырождения микросостояний. Студент должен представлять себе, что такое энтропия.
• Студент должен знать основные законы термодинамики, представлять их связь со статически вычисляемыми величинами. знать как можно выразить одни термодинамические величины через другие используя дифференциальные соотношения.
• Студент должен иметь представление о фазовых переходах и их термодинамическом описании.
• Студент должен представлять как законы термодинамики применяются к различными явлениям: тепловым и холодильным машинам, поверхностным явлениям, магнетикам, электронам в металлах.
• Студент должен представлять себе процессы диффузии и теплопроводности, их уравнения в стационарном случае и определения коэффициента диффузии для модельных систем.

Содержание учебной дисциплины

• Основы статистической физики
  распределение Гиббса, как следствие — Максвелла, вычисление средних по распределениям, энтропия, свободная энергия
• Основы термодинамики
  первое начало, второе начало, обоснования термодинамики из статфизики, термодинамические потенциалы, соотношения Максвелла
• Фазовые переходы
  уравнение Клапейрона — Клаузиуса, фазовое равновесие, газ Ван-дер Ваальса, фазовые переходы второго рода и понятие о квантовых критических явлениях
• Применения термодинамики
  поверхностное натяжение, тепловое расширение, термодинамика магнетиков и электронов в металле
• Элементы кинетики
  длина свободного пробега в газе, кинетические коэффициенты, диффузия и броуновское движение

Элементы контроля

• Контрольная работа
• Экзамен
  Устный экзамен в формате беседы по темам курса
• Коллоквиум
• Домашние задания
  Регулярные домашние задания по курсу

Промежуточная аттестация

• Промежуточная аттестация (2 модуль)
  0.24 * Домашние задания + 0.15 * Коллоквиум + 0.21 * Контрольная работа + 0.4 * Экзамен

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Общий курс физики. Т.2: Термодинамика и молекулярная физика, Сивухин, Д. В., 2014

Рекомендуемая дополнительная литература

• Курс общей физики. Основы физики. Т.2: Квантовая и статистическая физика. Термодинамика, Белонучкин, В. Е., 2007
• Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. - Курс теоретической физики. Статистическая физика - Издательство "Физматлит" - 2001 - 616с. - ISBN: 978-5-9221-0054-0 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/2230
• Общий курс физики: Учебное пособие для вузов: В 5 томах Том 2: Термодинамика и молекулярная физика / Сивухин Д.В., - 6-е изд., стер. - М.:ФИЗМАТЛИТ, 2014. - 544 с.: 60x90 1/16 (Переплёт) ISBN 978-5-9221-1514-8