|
Ф И З И К А
Разделы “Колебания”,
“Молекулярная
физика и основы статистической термодинамики”
(для групп А02, Б02, К02,
Т02, Ф02)
Лекции, темы
упражнений по факультетам (А/Ф; Т; Б/К)
ЛЕКЦИИ
1-я неделя.
Колебания. Общие
сведения о колебаниях. Малые колебания. Комплексные числа. Линейные
дифференциальные уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами.
Свободные колебания системы без трения. Гармонические
колебания. Амплитуда, частота и фаза колебания. Энергия гармонического
колебания. Математический и физический маятники.
2-я
неделя.
Сложение
колебаний одного направления. Векторная диаграмма. Биения.
Сложение взаимно перпендикулярных колебаний.
Затухающие
колебания. Коэффициент затухания. Логарифмический декремент
затухания. Добротность колебательной системы. Апериодическое движение.
Автоколебания.
3 -я
неделя.
Вынужденные
колебания. Резонанс. Резонансные кривые. Параметрический резонанс.
4-я
неделя.
Атомно-молекулярное
строение вещества. Массы и размеры молекул. Оценка числа молекул в
единице объема и межмолекулярных расстояний. Энергия взаимодействия молекул как
функция расстояния между ними.
Макроскопическая система. Подсистема. Динамический подход
к описанию макроскопической системы. Микросостояние (на примере одноатомного
газа). Макроскопические параметры: число частиц, объем, внутренняя энергия.
Хаотичность движения молекул и флуктуации макроскопических параметров подсистемы.
Элементы
теории вероятности. Статистический ансамбль. Определение вероятности
с помощью статистического ансамбля. Функция распределения. Свойства
вероятности. Условие нормировки. Теоремы сложения и умножения вероятностей.
Вычисление средних и их свойства.
5-я
неделя.
Статистическая
физика и феноменологическая термодинамика.
Термодинамические величины как средние значения
макроскопических параметров. Макроскопическое состояние. Равновесное состояние.
Время релаксации. Квазистатический процесс.
Вычисление термодинамических величин с помощью функции
распределения. Число ударов молекул газа о стенку сосуда. Давление идеального
газа на стенку. Внутренняя энергия газа. Работа. Количество теплоты. Первое
начало термодинамики.
6-я
неделя.
Экспериментальное уравнение состояния идеального газа.
Постоянная Больцмана. Средняя энергия поступательного движения молекул.
Температура и ее физический смысл. Число степеней свободы многоатомной
молекулы. Энергия многоатомной молекулы в гармоническом приближении.
Классический закон равнораспределения энергии по степеням свободы. Теплоемкость
идеального газа при постоянном объеме и при постоянном давлении. Уравнение
адиабаты идеального газа.
7-я
неделя.
Политропические
процессы. Уравнение политропы идеального газа. Работа,
совершаемая идеальным газом при различных процессах.
Ван-дер-ваальсовский
газ. Внутренняя энергия. Уравнение состояния.
8-я
неделя.
Распределение
Максвелла. Функция распределения для составляющих скорости и
модуля скорости молекул. Средняя арифметическая, средняя квадратичная и
наиболее вероятная скорости молекул. Опыты Ламмерта и Штерна.
9-я
неделя.
Распределение
Больцмана. Распределение молекул в поле сил тяжести.
Барометрическая формула. Распределение Больцмана в случае дискретного
энергетического спектра. Опыты Перрена. Распределение Максвелла-Больцмана.
10-я
неделя.
Макро- и микросостояния. Статистический вес.
Вероятностная интерпретация статистического веса. Энтропия и ее основные
свойства. Второе начало термодинамики. Статистическая интерпретация второго
начала термодинамики. Природа необратимых процессов. Теорема Нернста.
11-я
неделя.
Связь между приращением энтропии и получаемой системой
теплотой. Неравенство Клаузиуса.
Энтропия идеального газа.
Коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины.
Формулировки Клаузиуса и Кельвина второго начала термодинамики. Цикл Карно. КПД
цикла Карно. Теорема Карно.
12-я
неделя.
Кристаллическое
состояние вещества. Кристаллическая решетка. Физические типы
кристаллических решеток. Теплоемкость кристаллов. Закон Дюлонга и Пти.
Жидкое
состояние вещества. Квазикристаллическая структура жидкостей.
Поверхностное натяжение. Свободная энергия. Капиллярное давление. Явления на
границе жидкости и твердого тела. Смачивание. Капиллярные явления.
13-я
неделя.
Фазовые
равновесия и превращения. Равновесие фаз. Испарение и
конденсация. Плавление и кристаллизация. Приращение энтропии при испарении и
плавлении. Равновесие жидкости и насыщенного пара. Критическое состояние.
Пересыщенный пар и перегретая жидкость. Аморфные тела.
Уравнение Клайперона-Клаузиуса. Тройная точка. Диаграмма
состояния.
14-я
неделя.
Явления
переноса. Эмпирические законы вязкости, теплопроводности и
диффузии.
Средняя длина свободного пробега молекул. Эффективное
сечение взаимодействия молекул.
15-я
неделя.
Газокинетический вывод уравнений вязкости, теплопроводности
и диффузии для газов.
Трение и теплопроводность в ультраразреженных газах.
ОСНОВНАЯ
ЛИТЕРАТУРА
53 с12 Савельев И.В.
Курс общей физики. Т.3.- М.: Наука, 1998.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
53 л22 Ландау Л.Д., Ахиезер А.И., Лифшиц Е.М. Курс
общей физики. Механика и молекулярная физика. - М.: Наука, 1965.
53 с34 Сивухин Д.В. Общий курс физики, т.2. - М.:
Наука, 1979.
*53 р35 Рейф Ф. Статистическая физика. - М.: Наука,
1972.
530 ф36 Фейнмановские лекции по физике, вып.2, главы 21, 23, 24, 25; вып.4,главы 39, 40, 42-47, 51. - М.: Наука, 1965.
*53 д79 Дубовик В.М. “Колебания и их представление
на фазовой плоскости”. –М .: МИФИ, 1994.
* - книга находится в читальном зале.
ТЕМЫ УПРАЖНЕНИЙ
(факультеты “А” и “Ф”)
1 занятие. Повторение материала 1 семестра. Гармонические колебания.
2-3 занятия. Уравнение гармонических колебаний.
4 занятие. Сложение колебаний. Энергия колебаний.
5 занятие. Затухающие колебания.
6 занятие. Вынужденные колебания.
7 занятие. Элементы теории вероятностей. Атомно-молекулярное строение вещества.
8-9 занятия. Кинетическая теория газов. Уравнение состояния идеального газа.
10-11 занятия. Первое начало термодинамики в применении к идеальному газу.
12 занятие. Политропические процессы. Теплоемкость идеального газа.
13 занятие. 1 к.р.
1. Гармонические колебания
2.Затухающие и вынужденные колебания.
3. Первое начало термодинамики в применении к
идеальному газу.
14 занятие. Ван-дер-ваальсовский газ.
15-16 занятия. Распределение Максвелла.
17 занятие. Распределение Больцмана.
18 занятие. Второе начало термодинамики. Энтропия.
19 занятие. КПД тепловой машины.
20 занятие. Жидкости. Фазовые равновесия и превращения.
21 занятие. 2 к.р.
1.
Распределения
Максвелла и Больцмана.
2.
Средняя и среднеквадратичная скорости молекул
3.
Энтропия. КПД тепловой машины.
22 занятие. Явления переноса.
ТЕМЫ УПРАЖНЕНИЙ
(факультет “Т”)
1 занятие. Повторение материала 1 семестра.
2-5 занятия. Гармонические колебания. Сложение колебаний.
6 занятие. Затухающие колебания.
7 занятие. Вынужденные колебания.
8 занятие. Атомно-молекулярное строение вещества.
9 занятие. Элементы теории вероятностей. Вычисление средних.
10-11 занятия. Кинетическая теория газов. Уравнение состояния идеального газа.
12-14 занятия. Первое начало термодинамики в применении к идеальному газу.
15 занятие. Политропические процессы.
16 занятие. Ван-дер-ваальсовский газ.
17 занятие. 1-я к.р.
1.
Гармонические колебания.
2.
Затухающие и вынужденные колебания.
3. Первое начало термодинамики в применении к идеальному газу.
18-20 занятия. Распределения Максвелла и Больцмана.
21-22 занятия. Второе начало термодинамики. Энтропия.
23 занятие. КПД тепловой машины.
24-25 занятия. Кристаллическое состояние вещества. Жидкости, капиллярные явления.
26-27 занятия. Фазовые равновесия и превращения, диаграмма состояния.
28 занятие. 2-я к.р.
1. Распределения Максвелла и Больцмана.
2. Средняя и среднеквадратичная скорости молекул.
3.
Энтропия, КПД тепловой машины.
29-30 занятия. Явления
переноса.
ТЕМЫ УПРАЖНЕНИЙ
(факультеты “Б” и “К”).
1 занятие. Гармонические колебания.
2 занятие. Уравнение гармонических колебаний. Сложение колебаний.
3 занятие. Энергия колебаний. Затухающие колебания.
4 занятие. Вынужденные колебания.
5 занятие. Элементы теории вероятностей.
Атомно-молекулярное строение вещества.
6 занятие. Кинетическая теория газов. Уравнение состояния идеального газа.
7 занятие. Первое начало термодинамики в применении к идеальному газу.
8 занятие. Политропические процессы. Теплоемкость идеального газа.
9 занятие. 1 к.р.
1. Гармонические колебания.
2.
Затухающие и вынужденные колебания.
3. Первое
начало термодинамики в применении к идеальному газу.
10 занятие. Ван-дер-ваальсовский газ.
11 занятие. Распределения Максвелла и Больцмана.
12 занятие. Второе начало термодинамики. Энтропия.
13 занятие. КПД тепловой машины.
14 занятие. 2
к.р.
1. Распределения Максвелла и Больцмана.
2. Средняя и среднеквадратичная скорости молекул.
3.
Энтропия. КПД тепловой машины.
15 занятие. Жидкости. Фазовые равновесия и превращения.
ОСНОВНАЯ
ЛИТЕРАТУРА
53 с12 Савельев И.В.
Сборник вопросов и задач по общей физике. - М.: Наука, 1988.
53 и83 Иродов И.Е.
Задачи по общей физике. - М.: Наука, 1988.
*53 с23 Сборник качественных
вопросов и задач по общей физике. Бабаджан Е.И., Гервидс В.И., Дубовик В.М.,
Нерсесов Э.А. М.: Наука, 1990.
* - книга находится в читальном зале.
ЛАБОРАТОРНЫЕ
РАБОТЫ
Каждый студент обязан выполнить в течение семестра по
индивидуальному графику
7 лабораторных работ.
ОСНОВНАЯ
ЛИТЕРАТУРА
534(07) л12Лабораторный практикум “Колебания
и волны” /Под редакцией Шилова В.А. - М.: МИФИ, 1999.
539.1 л12 Лабораторный практикум “Молекулярная физика
и термодинамика” /Под редакцией Шилова
В.А. - М.: МИФИ, 2000.
|
|
