 |
|
Молекулярная физика и термодинамика.
3.1. Динамические и статистические закономерности в физике. Статистический и термодинамический методы.
3.2. Элементы молекулярно-кинетической теории.
3.2.1. Макроскопическое состояние. Физические величины и параметры состояния физических систем. Макроскопические параметры как средние значения. Тепловое равновесия. Основное начало термодинамики.
3.2.2. Модель идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Понятие о температуре.
3.3. Функции распределения.
3.3.1. Микроскопические параметры. Вероятность и флуктуации.
3.3.2. Определения и свойства функций распределения.
3.3.3. Распределение Максвелла по скоростям. Экспериментальная проверка распределения Максвелла.
3.3.4. Теорема о равномерном распределении энергии по степеням свободы. Средняя кинетическая энергия частицы энергия и теплоемкость. Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа. Теплоемкость многоатомных газов. Ограниченность классической теории теплоемкости.
3.3.5. Применение распределения Максвелла для расчета средних значений скоростей, частоты столкновений молекул со стенкой, давления идеального газа.
3.3.6. Газ в поле внешних сил. Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Распределение Максвелла-Больцмана по энергиям.
3.3.7. Локальное и неполное равновесие. Кинетические и релаксационные явления. Времена релаксации различных процессов приближения к тепловому равновесию.
3.4. Элементы термодинамики. Три начала термодинамики.
3.4.1. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Интенсивные и экстенсивные параметры. Обратимые и необратимые процессы.
3.4.2. Изопроцессы. Адиабатный и политропный процессы. Теплоемкость термодинамической системы при различных изопроцессах.
3.4.3. Термодинамическое определение энтропии. Изменение энтропии в изопроцессах идеального газа.
3.4.4. Термодинамические функции состояния. Условия равновесия. Химический потенциал. Условия химического равновесия.
3.4.5. Второе начало термодинамики.
3.4.6. Частные формулировки второго начала термодинамики. Невозможность существования вечных двигателей 1‑го и 2‑го рода.
3.4.7. Циклические процессы и тепловые машины. Цикл Карно. Максимальный к.п.д. тепловой машины.
3.4.8. Микро‑ и макросостояния системы. Термодинамическая вероятность. Статистическое определение энтропии (формула Больцмана).
3.4.9. Энтропия при необратимых процессах. Общая формулировка второго начала термодинамики.
3.4.10. Третье начало термодинамики. Теорема Нернста. Понятие о флуктуациях в термодинамической системе.
3.4.11. Фазы и условия равновесия фаз. Термодинамика поверхности раздела двух фаз. Поверхностные энергия и натяжение. Капиллярные явления.
3.4.12. Фазовые равновесия и фазовые превращения. Фазовые диаграммы. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Критическая точка. Реальный газ. Изотермы Ван-дер-Ваальса.
3.5. Кинетические явления.
3.5.1. Сечение столкновений и средний свободный пробег.
3.5.2. Явления переноса. Процессы переноса в идеальном газе. Диффузия. Теплопроводность. Коэффициент диффузии. Коэффициент теплопроводности. Температуропроводность.
3.5.3. Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах. Вязкость. Коэффициенты вязкости газов и жидкостей.
3.5.4. Броуновское движение. Связь диффузии с броуновским движением.
3.6. Элементы неравновесной термодинамики. Порядок и беспорядок в природе.
3.6.1. Макросистемы вдали от равновесия. Открытые диссипативные системы. Появление самоорганизации в открытых системах и превращение флуктуаций в макроскопические эффекты. Роль нелинейности. Понятие о бифуркациях. Динамический хаос. Самоорганизация в живой и неживой природе.
3.7. Классическая и квантовая статистики.
3.7.1. Статистический смысл термодинамических потенциалов и температуры. Энтропия и вероятность.
3.7.2. Статистическое описание квантовой системы. Различие между квантово-механической и статистической вероятностями. Квантовые идеальные газы. Функции распределения Бозе и Ферми.