uzluga.ru
добавить свой файл
1
Лектор ФРИШ М.С.


МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА, 1курс, второй семестр.

(темы лекций) Молекулярная физика – введение. Равновесное состояние и хаос. Параметры системы на примере идеального газа Давление идеального газа – основное уравнение кинетической теории газов. Температура и температурные шкалы. Эмпирическое уравнение состояния идеального газа, связь температуры и внутренней энергии.

Броуновское движение: формула Эйнштейна – Смолуховского. Средний квадрат смещения броуновской частицы: численное значение числа Авогадро и постоянной Больцмана.

Число часов: приблизительно 2-2,5 лекции.

.

2. Распределение частиц по скоростям (распределение Максвелла).

‘”Элементы” теории вероятности: вероятность и плотность вероятности случайного события. Пространство скоростей и элементы объема в этом пространстве. Вывод распределения Максвелла


на основе теории вероятности, константы распределения, характерные скорости, свойства распределения. Пучок, распределение скоростей в пучке. Принцип детального равновесия и распределение Максвелла Экспериментальное изучение распределения частиц по скоростям.

Барометрическая формула и атмосфера Земли. Распределение Больцмана и распределение Максвелла – Больцмана.

Длина свободного пробега молекулы и ее эффективное сечение (геометрическое и вероятностное толкование). Распределение по длинам свободного пробега молекул в пучке

Число часов: приблизительно 4 лекции.


3. Первое начало термодинамики.

Состояние равновесия. Понятие функции состояния. Модель идеального газа. Внутренняя энергия газа и независимость ее от объема. Квазистатические процессы. Молярные теплоемкости, элементарная и полная работа в квазистатическом процессе. Первое начало термодинамики. Термодинамическое определение внутренней энергии

Равномерное распределение энергии по степеням свободы (теорема Больцмана). Значение теплоемкостей Cv и Cp для различных идеальных газов Экспериментальная зависимость Cv идеального газа от температуры. Колебательные и вращательные уровни энергии двухатомной молекулы. Обсуждение формулы Планка Характеристические температуры для колебательных и вращательных уровней энергии различных молекул.

Изменение объема газа. Политропические процессы: изотермический, изохорический, изобарический, адиабатический; уравнение политропы.

Число часов: приблизительно 3 лекции.


4. Второе начало термодинамики.

Обратимые и необратимые процессы, круговой процесс. Формулировка Томсона для второго начала термодинамики, формулировка Клаузиуса и эквивалентность этих формулировок. Обратимый цикл Карно и его К.П.Д.(η ). Необратимый цикл Карно и его η. Холодильная машина и ее η. Теоремы Карно. Термодинамическая шкала температур.

Приведенное количество тепла. Равенство Клаузиуса и термодинамическое определение энтропии и ее свойства. Энтропия идеального газа. Цикл Карно в T S координатах.

Неравенство Клаузиуса; обратимые и необратимые процессы. Закон возрастания энтропии в адиабатически изолированной системе. Возрастание энтропии при расширении газа в пустоту и при неравновесном теплообмене.

Энтропия и локальное термодинамическое равновесие. Теорема Нернста. Свойства вещества при низких температурах.

Энтропия и статистика. Микро и макро состояния системы. Энтропия и термодинамическая вероятность (формула Больцмана). Статистический смысл второго начала термодинамики. Статистический вывод второго начала термодинамики на примере идеального газа.

Флуктуации в системе с большим числом частиц; флуктуации плотности в идеальном газе.

Число часов: примерно 6 лекций.


5. Термодинамические функции. Экстенсивные и интенсивные термодинамические переменные. Функции состояния системы: внутренняя энергия, свободная энергия, энтальпия и термодинамический потенциал Гиббса, и их естественные переменные. Химический потенциал. Условие перехода системы в состояние равновесия. Связь термодинамических потенциалов с уравнением состояния. Соотношение взаимности Максвелла.

Число часов: примерно 1,5 лекции.


6. Реальный газ. Взаимодействие молекул - парные столкновения Модельные потенциалы взаимодействия молекул: упругие сферы, В.д.В., Леннард – Джонс. Зависимость диаметра молекулы от ее энергии. Вывод уравнения В.д.В. Термодинамический вывод внутренней энергии реального газа. Теоретические и экспериментальные изотермы реального газа. Метастабильные состояния. Система жидкость – пар. Критические величины. Уравнение В.д.В. в приведенных величинах.

Эффект Джоуля – Томсона и температура инверсии.

Число часов: примерно 1,5 лекции.


7. Жидкости. Общее описание, элементы теории Френкеля. Ближний порядок. Поверхностная свободная энергия и коэффициент поверхностного натяжения. Давление под искривленной поверхностью жидкости: формула Лапласа. Смачивание, краевые углы, капиллярные явления. Формула Журена. Зависимость давления насыщенного пара от кривизны поверхности.

Растворы. Осмотическое давление

Число часов: примерно 2,5 лекции.


8. Твердое тело. Элементы строения твердых тел, кристаллические решетки; понятие симметрии и анизотропии. Тепловое движение в кристаллах, закон Дюлонга и Пти. Теплоемкость твердого тела при низких температурах. Вывод формулы Планка – Эйнштейна.

Число часов: примерно 1,5 лекции.


9.Фазовые превращения. Фазы и фазовое равновесие. Химический потенциал двухфазной системы и уравнение Клапейрона – Клаузиуса. Диаграммы состояний (простейшие случаи). Фазовые переходы первого и второго рода. Диаграмма состояния гелия.

Число часов: примерно 1,5 лекции.


10. Явления переноса. Макроскопические явления переноса: Диффузия, внутреннее трение, теплопроводность. Микроскопическая теория явления переноса в газе

(упрощенный вариант). Связь между коэффициентами переноса и их зависимость от температуры и плотности.

Число часов примерно 1,5 лекции.

11. Ультра разреженные газы.

Число часов – 1 лекция.


ЛИТЕРАТУРА.

1Сивухин Д.В.Общий курс физики т.2. Термодинамика и молекулярная физика. 2.Фриш С.Э. Тиморева А.В. Курс общей физики т.1.

3.Молекулярная физика жидкостей в курсе общей физики (Соловьев В.А.) 1983 г.

Дополнительная литература.

4 Кикоин И.К. Кикоин А.К. Молекулярная физика. М. 1976.

5Матвеев А.Н. Молекулярная физика.

6Ландау Л.Д. Ахиезер А.И. Лившиц Е М. Курс общей физики. (Механика и молекулярная физика).

7 Конспект лекций по физике для студентов Л.Г.У. (Толстой Н.А.) 1966.

8 .Методические указания по общему курсу физики (некоторые вопросы термодинамики)

( Спартаков А.А. Толстой Н.А.) Л.1990.

9. Соловьев В.А. Аджимян Л.Ц. Фриш М.С. Избранные вопросы молекулярной физики. С.П.б. 2000.

10.Яковлева В.И. Фриш М.С, Добровольская М.А. Явление переноса, С.П.б. 2003.