Зміст курсу "Теоретична фізика" (Термодинаміка і статистична фізика)"
Зміст
- 1 Зміст курсу
- 1.1 Змістовий модуль І. ТЕРМОДИНАМІКА
- 1.1.1 Тема 1. Вступ
- 1.1.2 Тема 2. Основні поняття термодинаміки
- 1.1.3 Тема 3. Перший закон термодинаміки
- 1.1.4 Тема 4. Другий закон термодинаміки
- 1.1.5 Тема 5. Третій закон термодинаміки
- 1.1.6 Тема 6. Методи термодинаміки
- 1.1.7 Тема 7. Умови рівноваги і стійкості термодинамічних систем
- 1.1.8 Тема 8. Фазові переходи і критичні явища
- 1.1.9 Тема 9. Застосування термодинаміки
- 1.2 Змістовий модуль ІІ. Статистична фізика
- 1.3 Змістовий модуль ІІІ. Назва модулю
- 1.4 Змістовий модуль ІІ. Назва модулю
- 1.5 Змістовий модуль ІІІ. Назва модулю
- 1.1 Змістовий модуль І. ТЕРМОДИНАМІКА
Зміст курсу
Змістовий модуль І. ТЕРМОДИНАМІКА
Тема 1. Вступ
Історія розвитку молекулярно-кінетичної теорії. Феноменологічний і статистичний методи в фізиці. Феноменологічна термодинаміка і статистична фізика.
Теоретичний матеріал
Самостійна робота
Тема 2. Основні поняття термодинаміки
Термодинамічна система, параметри, рівновага. Нульовий принцип термодинаміки. Температура. Гомогенні і гетерогенні системи. Рівноважні і нерівноважні процеси. Внутрішня енергія системи. Робота і теплота. Термічне і калоричне рівняння стану.
Теоретичний матеріал
Практичні завдання
Самостійна робота
Тема 3. Перший закон термодинаміки
Рівняння першого закону термодинаміки. Теплоємності і теплоти ізотермічних змін зовнішніх параметрів. Загальний вираз для зв’язку між Ср і Сv для простої системи (доведення). Основні термодинамічні процеси (політропічний, адіабатичний, ізотермічний) та їх рівняння. Зв’язок між коефіцієнтами пружності і теплоємностями.
Теоретичний матеріал
Практичні завдання
Самостійна робота
Тема 4. Другий закон термодинаміки
Різні формулювання другого закону термодинаміки. Оборотні і необоротні процеси. Ентропія та абсолютна температура. Термодинамічна шкала температур. Специфічність теплоти як форми енергії. Основне рівняння термодинаміки для рівноважних процесів. Зв’язок між термічним і калоричним рівняннями стану. Зростання ентропії при дифузії газів і парадокс Гіббса. Друге начало термодинаміки для нерівноважних процесів. Закон зростання ентропії. Цикл Карно і теореми Карно.
Теоретичний матеріал
Практичні завдання
Самостійна робота
Тема 5. Третій закон термодинаміки
Хімічна спорідненість. Формулювання третього закону термодинаміки. Теорема Ернста. Недосяжність абсолютного нуля. Виродження ідеального газу
Теоретичний матеріал
Практичні завдання
Самостійна робота
Тема 6. Методи термодинаміки
Метод циклів. Метод термодинамічних потенціалів. Рівняння Гіббса-Гельмгольца. Термодинамічні потенціали ідеального газу (внутрішня енергія, вільна енергія, термодинамічний потенціал Гіббса, ентальпія). Термодинамічні потенціали систем із змінним число частинок. Хімічний потенціал. Недоліки термодинамічного опису процесів.
Теоретичний матеріал
Практичні завдання
Самостійна робота
Тема 7. Умови рівноваги і стійкості термодинамічних систем
Загальні умови термодинамічної рівноваги і стійкості. Стійка рівновага адіабатичної ізольованої системи. Принцип максимуму ентропії. Критерії стійкості ізотермічних систем. Принцип ле Шательє-Брауна.
Теоретичний матеріал
Практичні завдання
Самостійна робота
Тема 8. Фазові переходи і критичні явища
Умови рівноваги двох фаз речовини та її стійкість. Класифікація фазових переходів. Фазові перетворення першого роду та умови рівноваги фаз в однокомпонентній системі. Крива рівноваги фаз. Рівняння Клайперона-Клаузіуса. Температурна залежність тиску насиченої пари. Критична точка. Рівновага трьох фаз речовини, потрійна точка. Поняття про фазові переходи другого роду. Критичні явища.
Теоретичний матеріал
Практичні завдання
Самостійна робота
Тема 9. Застосування термодинаміки
Ефект Джоуля-Томсона. Охолодження газу за умови його необоротного адіабатичного розширення. Зрідження реальних газів. Охолодження газу за умови його оборотного адіабатичного розширення. Термодинамічні функції магнетиків. Магнітне та ядерне охолодження.
Теоретичний матеріал
Практичні завдання
Самостійна робота
Змістовий модуль ІІ. Статистична фізика
Тема 1. Елементи теорії ймовірностей
Випадкові події. Випадкові величини. Імовірність. Густина імовірності. Нормування ймовірностей. Теорема додавання і множення ймовірностей. Обчислення середнього значення випадкової величини. Дисперсія. Функція розподілу ймовірностей. Розподіл ймовірностей для значень випадкової фізичної величини. Формула Стірлінга.
Теоретичний матеріал
Практичні завдання
Самостійна робота
Тема 2. Макроскопічний і мікроскопічний стани системи
Мікроскопічний опис макросистеми і статистичний характер макропроцесів. Термодинамічна рівновага. Фазовий простір, фазова траєкторія. Поняття про статистичний ансамбль системи. Функція розподілу в фазовому просторі. Припущення про рівність середнього за часом середньому за статистичним ансамблем. Ергодична гіпотеза. Макроскопічні величини як фазові середні мікроскопічних змінних. Теорема Ліувілля про збереження фазового об’єму.
Теоретичний матеріал
Практичні завдання
Самостійна робота
Тема 3. Мікроканонічний і канонічний розподіли Гіббса
Зв’язок статистичного розподілу з адитивними законами збереження. Мікроканонічний розподіл в класичній статистиці. Квазінезалежні підсистеми і канонічний розподіл Гіббса. Фізичний зміст модуля канонічного розподілу.
Теоретичний матеріал
Практичні завдання
Самостійна робота
Тема 4. Розподіл Максвелла-Больцмана
Розподіл Максвелла і Больцмана як частинні випадки канонічного розподілу. Молекула ідеального газу як квазінезалежна підсистема. Розподіл молекул за імпульсами і координатами. Розподіл молекул за швидкостями та енергіями. Розподіл молекул за висотою у полі сил тяжіння.
Теоретичний матеріал
Практичні завдання
Самостійна робота
Тема 5. Розподіл Гіббса в квантовій статистиці
Розподіл Гіббса в квантовій статистиці. Статистична сума і статистична вага. Перехід від квантової статистики до класичної. Квазікласичний розподіл (метод квантових комірок.
