Напиши РПД для молекулярная физика

 
 
Методические указания (пояснительная записка)
 
Рабочая программа дисциплины 
«Общая физика (раздел 
«
Молекулярная физика
»
)»
 
Предназначена для студентов дневного отделения 1
-
го курса,
 
по специальности: _
Физика 
_ 
-
  
010701.65
 
АВТОР: 
доктор
 
физико
-
математических 
наук, 
профессор
 
Д
.
А
. 
Таюрский
 
 
КРАТКАЯ АННОТАЦИЯ:
 
в
 
рамках дисциплины «
Общая физика (
Молекулярная физ
и-
ка
)
» 
 
систематически 
излагаются 
общие понятия
 
молекулярной физики
.
 
1. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение
 
дисциплины 
“
Молекулярная физика
”
 
наименование дисциплины
 
Студенты, завершившие изучение данной дисциплины 
должны:
 
-
 
понимать основы молекулярных явлений и устанавливать их взаимосвязь с другими 
разделами физики, и особо, в пограничных областях 
–
 
физической химии и химической физ
и-
ки;
 
-
 
применять статистические и термодинамические методы к описанию молекулярных 
явлений;
 
-
 
ориентироваться в экспериментальных и расчетных методах исследований, основанных 
на явлениях молекулярной физики.
2. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах).
 
Форма обучения  
-
 
очная
 
Количество семестров 1
 
Форма контроля:
 
2
 
семестр  
-
 
экзамен
 
 
№ 
Виды учебных занятий
 
 
Количество 
1.
 
 
Всего часов по дисциплине
 
 
200
 
2.
 
 
Самостоятельная работа
 
 
9
8
 
3.
 
 
Аудиторных занятий
 
 
10
2
 
 
в том числе    лекций
 
 
51
 
 
семинарских (или лабораторно
-
практических)
 
 
51
 
 
 
3. Содержание дисциплины.
 
3.1. ТРЕБОВАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СТАНДАРТА 
К ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ МИНИМУМУ СОДЕРЖАНИЯ
 
 
ПРОГРАММЫ
 
 
Индекс
 
 
Наименование дисциплины и ее основные разделы
 
Всего 
часов
 
 
ЕН.Ф.01
.2
 
Молекулярная физика
.
 
Статистические методы описания явлений мол
е-
кулярной физики. Распределения Гаусса, Пуасс
о-
на, Максвелла, Больцмана. Термодинамический 
200
 метод и основные положения термодинамики. 
Межмолекулярные взаимодействия. Реальные г
а-
зы и жидкости. Ура
внения состояния. Сжижение 
газов. Получение низких температур. Твердые т
е-
ла. Классификация кристаллов. Тепловые свойства 
твердых тел. Фазовые переходы I и II рода. Тро
й-
ная точка. Условия равновесия фаз. Процессы п
е-
реноса в газах, жидкостях и твердых телах.
 
С
о-
временные материалы: жидкие кристаллы, пол
и-
меры, новые материалы электроники.
 
 
Примечание: Если дисциплина, устанавливается вузом самостоятельно, то в данной табл
и-
це ставится 
прочерк.
 
3.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
 
 
№ 
п/п
 
 
Название темы и ее 
содержание
 
 
Количество 
часов
 
 
 
 
 
 
лекции
 
(лаб.
-
практ.) 
занятия
 
 
1
 
Введение. 
 
Предмет молекулярной физики. Роль молекулярной 
физики в развитии естествознания и философии. 
Методы описания явлений (динамический, стат
и-
стический, термодинамический). 
Агрегатные с
о-
стояния и фазы вещества.
 
2
 
-
 
2
 
Статистические описания явлений в молек
у-
лярной физике.
 
Идеальный газ 
–
 
простейшая модель статистич
е-
ской системы. Основные понятия теории вероятн
о-
стей и математической статистики. Микро
-
 
и ма
к-
роскопические состояния системы. Постулат ра
в-
новероятности и эргодическая гипотеза.
 
   
Вероятность макросостояния. Непрерывное ра
с-
пределение вероятностей. Распределения Гаусса и 
Пуассона. Флуктуации.
 
   
Свободный газ. Распределение Максвелла. При
н-
цип детал
ьного равновесия. Закон Дальтона. О
с-
новное уравнение кинетической теории. Темпер
а-
тура.
 
   
Кинетические характеристики молекулярного 
движения. Распределение энергии по степеням св
о-
боды. Броуновское движение. Случайные блужд
а-
ния.
 
   
Газ во внешнем потенциаль
ном поле. Барометр
и-
ческая формула. Распределение Больцмана (непр
е-
рывное и дискретное). Распределение Максвелла
-
Больцмана. Универсальный характер распредел
е-
ния Больцмана.
 
10
 
16
 3
 
Термодинамический метод.
 
Первое начало термодинамики. Функции состо
я-
ния. 
Обратимые и необратимые процессы. Тепл
о-
емкость, внутренняя энергия идеального газа. Те
п-
лоемкость идеального газа. Общие положения 
квантовой теории теплоемкости газа.
 
   
Процессы в идеальных газах (изобарный, изохо
р-
ный, изотермический, адиабатический) и ура
вн
е-
ния, их описывающие. Циклические процессы и 
тепловые (холодильные) машины. КПД. Цикл Ка
р-
но и его КПД. Принципы построения тепловых 
машин. Второе начало термодинамики (формул
и-
ровка Клаузиуса и Кельвина).
 
   
1
-
я теорема Карно. Абсолютная термодинамич
е-
ская
 
шкала температур. Отрицательные температ
у-
ры.2
-
я теорема Карно. Неравенство Клаузиуса.
 
   
Энтропия. Термодинамическое и статистическое 
толкование энтропии. Статистическая формул
и-
ровка II начала термодинамики. Теорема Нернста 
(III начало термодинамики).
 
   
Термодинамические функции и потенциалы. 
Термодинамическая устойчивость. Принцип Ле 
Шателье
-
Брауна. Статистическая сумма состояний 
и термодинамические потенциалы.
 
 
10
 
18
 
4
 
   
Межмолекулярное взаимодействие.
 
Силы Ван
-
дер
-
Ваальса. Потенциал Леннарда
-
Джонса. 
Химическая связь. Описание структуры и 
свойств вещества.
 
2
 
1
 
5
 
   
Реальные газы и жидкости.
 
 
Особенности поведения реальных молекул (из
о-
термическое сжатие, длина свободного пробега, 
отклонения от уравнения Клапейрона
-
Менделеева). 
Уравнения состояния 
реальных газов. Уравнение 
Ван
-
дер
-
Ваальса. Вириальное уравнение Ван
-
дер
-
Ваальса.
 
   
Экспериментальные изотермы Ван
-
дер
-
Ваальса. 
Критическое состояние. Сжижение газов. Пример 
фазового перехода газ
-
жидкость. Теоретические 
изотермы Ван
-
дер
-
Ваальса. Метастабильные сост
о-
яния. Критические параметры.
 
   
Эффект Джоуля
-
Томсона. Расчет дифференц
и-
ального и интегрального эффектов Джоуля
-
Томсона. Методы сжижения газов.
 
   
Основные свойства и характеристики жидкостей. 
Жидкие растворы (растворимость, теплоты раств
о-
рения). Закон Рауля и закон Генри для идеальных 
растворов. Свойства бинарных смесей. Осм
ос.
 
Самостоятельно: Переохлажденная жидкость и п
е-
регретый пар (применение в технике). Получение 
сверхнизких температур. Поверхностное натяжение 
на границе жидкость
-
пар, жидкость
-
жидкость, 
жидкость
-
твердое тело. Капиллярные явления. П
о-
верхностно активные ве
щества.
 
10
 
8
    
Структура жидкостей. Функции распределения. 
Уравнения состояния.
 
6
 
Твердые тела.
 
Признаки кристаллического состояния (анизотр
о-
пия физических свойств, дальний порядок, фазовые 
переходы). Симметрия и элементы симметрии. 
Кристаллическая решет
ка и ее симметрия. Класс
и-
фикация кристаллов. Кристаллические классы и 
физические типы кристаллов.
 
Тепловые свойства твердых тел. Теплоемкость, м
о-
дель Эйнштейна, модель Эйнштейна
-
Дебая. Теор
е-
ма Дебая. Тепловое расширение. Фазовые перех
о-
ды I
-
го рода: кристал
лизация, плавление, сублим
а-
ция.
 
7
 
2
 
7
 
Фазовые переходы.
 
Обобщенная формулировка (фазовые диаграммы, 
условия равновесия фаз, термодинамическое оп
и-
сание фазовых переходов I и II рода, основы теории 
Ландау). Тройная точка. Полиморфизм и пол
и-
морфные 
превращения. Сверхтекучесть и свер
х-
проводимость.
 
4
 
4
 
8
 
Процессы переноса.
 
Общее определение и виды процессов переноса. 
Эмпирические законы для газов (закон Фика
 
для 
диффузии, Ньютона для внутреннего трения, закон 
Фурье для теплопроводности). Процессы переноса 
в жидкостях и твердом теле.
 
Самостоятельно: Процессы переноса в разреже
н-
ных газах. Вакуум. Получение и измерение ваку
у-
ма.
 
4
 
2
 
9
 
Современные материалы.
 
 
Жидкие кристаллы. Общая характеристика жи
д-
ких кристаллов. Межмолекулярное взаимодействие 
и тепловые свойства жидких кристаллов. Использ
о-
вание жидких кристаллов в электронике. Полим
е-
ры. Общая характеристика и классификация. Новые 
материалы электроники.
 
2
 
-
 
 
Итого
 
часов
:
 
 
51
 
51
 
 
ОСНОВНАЯ
 
ЛИТЕРАТУРА
 
1.
 
Матвеев А.М. Молекулярная физика. М., Мир и образование, 2006.
 
–
 
400 с.
 
2.
 
 
Сивухин Д.В. Общий курс физики, т.2, Термодинамика и молекулярная физика, М., Фи
з-
матлит, 2006.
 
–
 
544 с.
 
3.
 
Волошин А.В., Еремина Р.М., Захаров Ю.А., Ирисов Д.С., Лысогорский Ю.В., Нагулин 
К.Ю., Новеньков А.Н., Скворцов А.И., Сомов А.Р., Тагиров М.С. Лабораторные работы о
б-
щего физического практикума раздел "Молекулярная физика и термодинамика". Казань: 
УМУ КГУ, 
2008. 
-
 
137 с.
 
 
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
 
ЛИТЕРАТУРА
 
1.
 
Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. М.: Лань, 2008.
 
–
 
484 с.
 
2. 
Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы М., Бином. Лаборатория знаний, 
2009.
 
–
 
208 с.
 Приложение 
к программе дисциплины
 
“
Общая физика (раздел 
Молекулярная физика
)
”
 
 
ОБРАЗЦЫ 
БИЛЕТ
ОВ
 
К
 
ИТОГОВЫМ 
 
ЭКЗАМЕНАМ
 
БИЛЕТ №1
 
1.
 
Структура жидкостей. Модель Френкеля. Функция распределения. Уравнение состо
я-
ния жидкости.
 
2.
 
Теплоемкость идеальных газов.
 
3.
 
Методы описания явлений в м/ф.
 
 
БИЛЕТ №2
 
1.
 
Статистическая сумма состояний и термодинамические потенциалы.
 
2.
 
Общие положения квантовой теории теплоемкости газов.
 
3.
 
Агрегатные состояния и фазы вещества.
 
 
БИЛЕТ №3
 
1.
 
Фазовые переходы 1 и 2 рода (общее определение, примеры).
 
2.
 
Уравнение 
Ва
-
дер
-
Ваальса. Вириальное уравнение Ван
-
дер
-
Ваальса.
 
3.
 
Принцип детального равновесия.
 
 
БИЛЕТ №4
 
1.
 
Основное уравнение кинетической теории.
 
2.
 
Принципы построения тепловых машин.
 
3.
 
Полимеры. Общая классификация и характеристика.
 
 
БИЛЕТ №5
 
1.
 
Цикл Карно. 
КПД.
 
2.
 
Макро
-
 
и микроскопические состояния системы.
 
3.
 
Перегретая жидкость, переохлажденных пар. Пузырьковая камера. Камера Вильсона.
 
 
БИЛЕТ №6
 
1.
 
Некоторые свойства и характеристики жидкости (сжимаемость, тепловое расширение 
и т.д.).
 
2.
 
Принципы построен
ия тепловых машин (Принцип Карно, Кельвина, Клаузиуса).
 
3.
 
Постулат равновероятности микросостояний.
 
 
БИЛЕТ №7
 1.
 
1
-
я и 2
-
я теоремы Карно.
 
2.
 
Эргодическая гипотеза.
 
3.
 
Жидкие растворы.
 
 
БИЛЕТ №8
 
1.
 
Вероятность макросостояния. Расчет вероятности 
макросостояния для идеального г
а-
за. Следствия 1 и 2 флуктуации.
 
2.
 
Абсолютная термодинамическая шкала температур. Следствия 1 и 2. Отрицательные 
температуры.
 
 
БИЛЕТ №9
 
1.
 
Распределения Гаусса и Пуассона.
 
2.
 
Термодинамическое и статистическое определение эн
тропии.
 
3.
 
Получение сверхнизких температур (принудительное испарение, адиабатическое ра
з-
магничивание).
 
 
БИЛЕТ №10
 
1.
 
Расчеты дифференциального и интегрального эффектов Джоуля
-
Томсона. Тi 
-
 
инве
р-
сии.
 
2.
 
3 начало термодинамики.
 
3.
 
Средняя кинетическая энерг
ия молекул и температура.
 
 
БИЛЕТ №11
 
1.
 
Распределение Максвелла.
 
2.
 
Межмолекулярные взаимодействия.
 
3.
 
Фазовые переходы.
 
 
 
БИЛЕТ №12
 
1.
 
Классификация кристаллов. Пространственные группы симметрий.
 
2.
 
Расчет <v>, <v2>, vв.
 
3.
 
Испарение, кипение, конденсация
.
 
 
БИЛЕТ №13
 
1.
 
Критическое состояние. Кинетические параметры.
 
2.
 
Симметрия. Элементы симметрии. Точечные группы симметрии.
 3.
 
Закон Дальтона.
 
 
БИЛЕТЫ №14.
 
1.
 
Кинематические характеристики молекулярного движения в идеальном газе.
 
2.
 
Жидкие растворы. 
Идеальные растворы. Законы Генри и Рауля.
 
3.
 
Термодинамическое определение энтропии.
 
 
БИЛЕТ №15
 
1.
 
Основное уравнение кинетической теории.
 
2.
 
Критерии термодинамической устойчивости. Принцип Ле
-
Шателье
-
Брауна.
 
3.
 
Эффект Джоуля
-
Томсона. Общее определение.
 
 
БИЛЕТ №16
 
1.
 
Тепловые свойства твердых тел. Теплоемкость. Закон Дюлонга
-
Пти. Модель Эй
н-
штейна, Эйнштейна
-
Дебая.
 
2.
 
Капиллярные явления.
 
3.
 
Принцип детального равновесия.
 
 
БИЛЕТ №17
 
1.
 
Фазовый переход 1 рода: кристаллизация, плавление, сублимация. Фазовые д
иагра
м-
мы. Уравнение Клапейрона
-
Клаузиуса.
 
2.
 
Полимеры. Общая классификация.
 
3.
 
Распределение энергии по степеням свободы.
 
 
БИЛЕТ №18
 
1.
 
Распределение Больцмана (непрерывное и дискретное).
 
2.
 
Процессы в идеальных газах (изобарный, изохорный, изотермический,
 
адиабатич
е-
ский).
 
3.
 
Кристаллические классы и физические типы кристаллов.
 
 
БИЛЕТ №19
 
1.
 
Броуновское движение. Уравнение Смолуховского
-
Эйнштейна.
 
2.
 
Циклические процессы и тепловые машины (холодильники, принцип построения те
п-
ловых машин).
 
3.
 
Признаки 
кристаллического состояния.
 
 БИЛЕТ №20
 
1.
 
2
-
я теорема Карно. Неравенство Клаузиуса. Энтропия.
 
2.
 
Процессы переноса в жидкостях и газах.
 
3.
 
Теоретические изотермы Ван
-
дер
-
Ваальса. Метастабильные состояния.
 
 
БИЛЕТ №21
 
1.
 
Универсальный характер распоределения
 
Больцмана (равновесие, кинетика, стат
и-
стическая сумма состояний).
 
2.
 
Реальные газы. Отклонение их свойств от идеальности.
 
3.
 
Поверхностное натяжение.
 
 
БИЛЕТ №22
 
1.
 
Распределение Больцмана.
 
2.
 
Закон Генри и Рауля для идеальных растворов.
 
3.
 
Второе начало т
ермодинамики.
 
 
БИЛЕТ №23
 
1.
 
Распределение Максвелла.
 
2.
 
Осмос.
 
3.
 
1
-
е начало термодинамики.
 
 
БИЛЕТ №24
 
1.
 
Экспериментальные изотермы. Критическое состояние. Критические параметры.
 
2.
 
Флуктуации.
 
3.
 
Обратимые и необратимые процессы.
 
 
БИЛЕТ №25
 
1.
 
Процессы переноса. Эмпирические законы переноса в газах (Законы Фика, Фурье, 
Ньютона).
 
2.
 
Полиморфизм, полиморфные превращения.
 
3.
 
Степени свободы и внутренняя энергия идеального газа.