Термодинамика и молекулярная физика

Бакалавриат 2020/2021

Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»

Статус: Курс обязательный (Физика)

Направление: 03.03.02. Физика

Кто читает: Факультет физики

Где читается: Факультет физики

Когда читается: 2-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Кунцевич Александр Юрьевич, Хохлов Дмитрий Андреевич, Шарыкин Иван Николаевич

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 80

Полная версия программы учебной 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

Программа дисциплины