GenPhysRambler's Top100 Кафедра общей физики
физфака МГУ
 
Разделы
О кафедре
Новости
Младшие курсы>>
Бакалавры
Магистры
Общий физический практикум
Практикум за весенний семестр 2020 года
Научная работа
Сотрудники
Информация для преподавателей
Аспиранты
Диссертации
Публикации
Премии
Фотогалерея
Дипломные работы
Контакты
Студенческая олимпиада по физике
Лекционные демонстрации
Видеоматериалы к лекциям и семинарам
Кафедра общей физики - школе
Физфак
Кафедры
Летняя школа
МГУ
Факультеты
 
>> 1 курс 2 курс 3 курс

Программа курса общей физики

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

1. Программа курса

1.1. Введение.
Предмет молекулярной физики. Основные экспериментальные факты, свидетельствующие о дискретном строении вещества. Тепловое движение с точки зрения молекулярных представлений. Масштабы физических величин в молекулярной теории. Массы и размеры молекул. Число Авогадро. Особенности межмолекулярного взаимодействия. Агрегатные состояния и характер теплового движения в газах, жидкостях и твердых телах.

1.2. Статистический подход к описанию молекулярных явлений.
Статистические закономерности и описание системы многих частиц. Макроскопические и микроскопические состояние системы. Молекулярная система как совокупность частиц и как сплошная среда. Тепловое равновесие систем. Условия равновесия.

1.3. Идеальный газ.
Модель идеального газа. Равновесное пространственное распределение частиц идеального газа. Биномиальное распределение (распределение Бернулли). Предельные случаи биномиального распределения: распределение Пуассона и Гаусса. Флюктуации плотности идеального газа. Малость относительных флюктуаций. Молекулярная теория давления идеального газа.

1.4. Понятие температуры.
Принципы конструирования термометра. Термометрическое вещество и термометрическая величина. Эмпирические шкалы температур. Шкала температур на основе свойств идеального газа. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона-Менделеева).

1.5. Распределение молекул газа по скоростям.
Распределение Максвелла. Характерные скорости молекул. Принцип детального равновесия. Наивероятнейшая, средняя и среднеквадратичная скорости молекул газа. Распределение молекул по компонентам скоростей. Экспериментальная проверка распределения Максвелла.

1.6. Идеальный газ во внешнем потенциальном поле.
Распределение Больцмана. Барометрическая формула. Распределение Максвелла-Больцмана и его экспериментальная проверка.

1.7. Броуновское движение.
Столкновение молекул в газе. Длина свободного пробега. Частота соударений. Газокинетический диаметр. Рассеяние молекулярных пучков в газе. Теорема о равномерном распределении кинетической энергии по степеням свободы. Броуновское движение. Формула Эйнштейна. Опыты Перрена по определению числа Авогадро.

1.8. Термодинамический подход к описанию молекулярных явлений.
Термодинамические параметры. Нулевое начало термодинамики. Понятие термодинамического равновесия. Принцип термодинамической аддитивности. Физические ограничения термодинамической теории. Квазистатические процессы. Обратимые и необратимые процессы.

1.9. Первое начало термодинамики.
Теплоемкость системы. Теплоемкость идеального газа. Связь теплоемкости газа с числом степеней свободы молекул. Уравнение Майера. Политропический процесс. Уравнение политропы и его частные случаи. Классическая теория теплоемкости твердых тел. Закон Дюлонга и Пти. Фундаментальные трудности классической теории теплоемкости.

1.10. Циклические процессы.
Преобразование теплоты в работу. Нагреватель, рабочее тело, холодильник. Коэффициент полезного действия. Тепловой двигатель и холодильная машина. Цикл Карно и его КПД.

1.11. Второе начало термодинамики.
Две теоремы Карно. Термодинамическая шкала температур и ее тождественность идеально-газовой шкале. Нестандартные единицы измерения температур. Неравенство Клаузиуса. Второе начало термодинамики. Формулировка Клаузиуса и Томсона (Кельвина). Их эквивалентность.

1.12. Понятие энтропии термодинамической системы.
Закон возрастания энтропии в неравновесной изолированной системе. Энтропия и вероятность. Микро- и макросостояния системы. Термодинамическая вероятность. Принцип Больцмана. Статистическая интерпретация второго начала термодинамики.

1.13. Реальные газы и жидкости.
Реальные газы. Изотермы Амага. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние. Область двухфазовых состояний. Метастабильные состояния. Критические параметры газа Ван-дер-Ваальса. Закон соответственных состояний. Силы межмолекулярного взаимодействия. Потенциал Леннарда-Джонса. Эффект Джоуля-Томсона. Методы получения низких температур.

1.14. Поверхностные явления в жидкостях.
Коэффициент поверхностного натяжения. Краевой угол. Давление под искривленной поверхностью жидкости. Формула Лапласа. Капиллярные явления.

1.15. Твердые тела.
Кристаллические и аморфные состояния. Кристаллы. Симметрия кристаллов. Элементы точечной симметрии: ось симметрии, плоскость симметрии, центр инверсии, инверсионная ось симметрии, зеркально-поворотная ось симметрии. Трансляция и трансляционная симметрия. Кристаллическая решетка. Элементарная ячейка. Сингонии. Решетка Браве. Индексы Миллера. Изоморфизм и полиморфизм. Фазы переменного состава. Дефекты в кристаллах. Дислокации. Понятие о жидких кристаллах.

1.16. Фазовые переходы первого и второго рода.
Фаза. Классификация фазовых переходов по Эренфесту. Термодинамический потенциал Гиббса как функция состояния. Фазовые переходы первого рода. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Скрытая теплота перехода. Тройная точка. Фазовые переходы второго рода. Аномалии теплового расширения при фазовых переходах.

1.17. Явление переноса.
Понятие о релаксационных процессах в молекулярных системах. Диффузия: закон Фика. Внутреннее трение (перенос импульса): закон Ньютона-Стокса. Теплопроводность: закон Фурье. Уравнение переноса. Явление переноса в газах. Связь коэффициентов переноса с молекулярно-кинетическими характеристиками газа.

2. Темы семинаров по курсу "Молекулярная физика"

2.1. Основные понятия теории вероятностей. Биномиальное распределение. Распределения Пуассона и Гаусса.

2.2. Распределение Максвелла. Характерные скорости молекул газа. Доля молекул в заданном интервале скоростей.

2.3. Распределение Больцмана. Распределение молекул в поле сил тяжести и в поле сил инерции.

2.4. Теорема о равномерном распределении кинетической энергии по степеням свободы. Броуновское движение.

2.5. Явления переноса.

2.6. Первое начало термодинамики. Процессы в идеальном газе. Теплоемкость.

2.7. Обратимые циклы. КПД циклов.

2.8. Второе начало термодинамики. Энтропия.

2.9. Фазовые переходы. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.

2.10. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Эффект Джоуля-Томсона.

2.11. Поверхностные явления.

3. Основная тематика задач Общего Физического Практикума (Лабораторные работы).

3.1. Вакуумная техника.

3.2. Измерение коэффициента поверхностного натяжения.

3.3. Измерение коэффициента вязкости жидкости.

3.4. Измерение коэффициента теплопередачи в водороде.

3.5. Измерение скорости звука в воде и в металле.

3.6. Измерение температуропроводности тела.

3.7. Измерение теплоемкости металлов.

3.8. Измерение температуры термоэлектронов.

3.9. Изучение распределения Больцмана.

3.10. Измерение теплоемкости воздуха и жидкостей.

3.11. Измерение давления паров и вязкости воды.

3.12. Дифференциальный калориметр.

3.13. Распределение электронов по энергиям.

3.14. Изучение работы тепловой машины.

4. Учебно-методическое обеспечение раздела "Молекулярная физика"

4.1. Основная литература.

4.1.1. А.К. Кикоин, И.К. Кикоин. Молекулярная физика. М.: Наука, 1976.

4.1.2. Д.В. Сивухин. Общий курс физики. Т. 2. Термодинамика и молекулярная физика. М.: Наука, 1990.

4.1.3. А.Н. Матвеев. Молекулярная физика. М.: Высшая школа, 1987.

4.1.4. В.Л. Гинзбург, Л.М. Левин, Д.В. Сивухин, И.А. Яковлев. Сборник задач по общему курсу физики. Термодинамика и молекулярная физика. Под ред. Д.В. Сивухина. М.: Наука, 1988.

4.1.5. П.С. Булкин, И.И. Попова. Общий физический практикум. Молекулярная физика. Под ред. А.Н. Матвеева и Д.Ф. Киселева. М.: Изд-во МГУ, 1988.

4.2. Дополнительная литература.

4.2.1. Ф. Рейф. Статистическая физика. Берклеевский курс физики. Т. 5. М.: Наука, 1986.

4.2.2. Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. Фейнмановские лекции по физике. Вып. 4. Кинетика. Теплота. Звук. М.: Мир, 1977.

4.2.3. Р.В. Поль. Механика, акустика и учения о теплоте. М.: Наука, 1971.

4.2.4. И.В. Савельев. Курс общей физики. Т. 1. М.: Наука, 1986.

Содержание

 01.11.2010 


Версия для печати | Контакты