Фазовые переходы (продолжение)

Введение.

Предмет молекулярной физики. Модель материального тела. Методы описания материальных тел. Атомы и молекулы. Относительная атомная и относительная молекулярная масса. Количество вещества. Молярная масса. Степени свободы молекул. Энергия молекул. Взаимодействие молекул. Агрегатные состояния вещества. Модель идеального газа.

СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПИСАНИЯ СИСТЕМ

Основные понятия теории вероятностей и математической статистики.

Случайные величины. Частотное определение вероятности. Плотность вероятности. Теорема сложения вероятностей взаимно исключающих событий. Нормировка вероятностей. Теорема сложения вероятностей в общем случае. Условная вероятность. Теорема умножения. Среднее значение дискретной и непрерывной случайных величин. Функция распределения. Дисперсия.

Макроскопическое и микроскопическое состояния системы.

Макроскопическое состояние. Микроскопическое состояние. Равновесное состояние. Статистический ансамбль систем. Микроканонический ансамбль Различие микросостояний. Постулат равновероятности микросостояний. Среднее по ансамблю и среднее по времени. Эргодическая гипотеза. Формулы элементарной комбинаторики. Вероятность макросостояния. Расчет вероятности макросостояния идеального газа. Формула вероятности макросостояния. Формула Стирлинга. Биноминальное распределение. Распределения Гаусса и Пуассона. Флуктуации.

Распределение Максвелла.

Распределение молекул по скоростям. Пространство скоростей. Распределение Максвелла по вектору скорости. Распределение Максвелла по компонентам скорости. Распределение Максвелла по абсолютному значению скорости. Характерные скорости. Число молекул для различных участков распределения Максвелла. Приведенное распределение Максвелла. Границы применимости распределения Максвелла. Экспериментальная проверка распределения Максвелла. Принцип детального равновесия. Частота ударов молекул о стенку. Основное уравнение кинетической теории газов.

Распределение Больцмана.

Закон Больцмана. Распределение Больцмана. Распределение Максвелла - Больцмана. Понятие о распределении Гиббса. Экспериментальное подтверждение распределения Больцмана. Опыты Перрена. Барометрическая формула. Модель атмосферы Земли. Рассеяние атмосферы планет. Теорема о равнораспределении энергии по степеням свободы.

Броуновское движение.

Сущность и причины броуновского движения. Случайное блуждание. Расчет движения броуновской частицы. Опыты Перрена. Вращательное броуновское движение. Опыт Капплера.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПИСАНИЯ СИСТЕМ

Температура.

Термодинамическое равновесие. Понятие температуры. Температурные точки. Эмпирические шкалы температур. Идеально-газовая шкала температур. Шкала Кельвина. Виды термометров. Международная практическая шкала температур.

Первое начало термодинамики.

Калорическое и термическое уравнение состояния. Внутренняя энергия. Работа. Количество теплоты. Первое начало термодинамики. Равновесные и неравновесные процессы. Релаксация. Обратимые и необратимые процессы. Термические коэффициенты. Тепловые свойства тел. Теплоемкость изотропных и однородных тел. Внутренняя энергия идеального газа. Теплоемкость идеального газа. Расхождение теории теплоемкостей идеального газа с экспериментом. Элементы квантовой теории теплоемкостей. Изопроцессы в идеальном газе. Уравнение политропного процесса. Работа при изопроцессах. Скорость звука в газах. Уравнение Бернулли.

Второе начало термодинамики.

Циклические процессы. Работа цикла. Тепловая машина. К.П.Д. цикла. Холодильная машина. Цикл Карно. К.П.Д. цикла Карно. Формулировка Томсона (Кельвина) и Клаузиуса второго начала термодинамики. Доказательство эквивалентности этих формулировок. Первая теорема Карно. Абсолютная термодинамическая шкала температур. Невозможность отрицательных абсолютных термодинамических температур. Неравенство Клаузиуса. Вторая теорема Карно. Равенство Клаузиуса. Энтропия. Энтропия идеального газа. Закон возрастания энтропии. Современная формулировка второго начала термодинамики. Статистический характер второго начала термодинамики. Изменение энтропии при необратимых процессах. Роль энтропии в производстве работы. Понятие о термодинамических потенциалах.

РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ, ЖИДКОСТИ И ТВЕРДЫЕ ТЕЛА

Реальные газы.

Силы межмолекулярного взаимодействия. Ионная связь. Ковалентная связь. Силы Ван-дер-Ваальса. Потенциал Леннарда - Джонса. Фазовые переходы первого рода. Переход из газообразного состояния в жидкое. Экспериментальные изотермы. Критическое состояние. Насыщенный пар. Свойства критического состояния вещества. Поведение двухфазной системы при изменении температуры при постоянном объеме. Уравнение Клапейрона - Клаузиуса. Фазовая диаграмма жидкость-пар. Зависимость давления насыщенного пара от температуры. Отклонения свойств реальных газов от идеальных. Вириальное уравнение состояния. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы газа Ван-дер-Ваальса. Правило Максвелла. Метастабильные состояния. Критические параметры. Приведенное уравнение состояния. Закон соответственных состояний. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса. Эффект Джоуля-Томсона. Сжижение газов. Свойства веществ при температуре близкой к 0 К.

Жидкости.

Поверхностное натяжение. Термодинамика поверхностного натяжения. Условия равновесия на границе двух жидкостей и на границе жидкость - твердое тело. Давление под искривленной поверхностью жидкости. Капиллярные явления. Поверхностно-активные вещества. Динамическое равновесие на границе жидкость - пар. Давление насыщенных паров вблизи искривленной поверхности жидкости. Кипение. Перегретая жидкость. Пузырьковая камера. Переохлажденный пар. Камера Вильсона. Структура жидкостей. Парная функция распределения. Жидкие кристаллы.

Растворы.

Жидкие растворы. Растворимость. Теплота растворения. Идеальные растворы. Закон Рауля. Закон Генри. Зависимость растворимости от температуры. Диаграмма состояния раствора. Кипение жидких растворов. Диаграмма состояния бинарных смесей. Осмотическое давление.

Твердые тела.

Симметрия твердых тел. Точечные группы симметрии. Зеркальные изомеры. Кристаллические решетки. Примитивная решетка. Неоднозначность выбора базиса примитивной решетки. Элементы симметрии решетки. Обозначения атомных плоскостей и направлений.

Фазовые переходы (продолжение).

Кристаллизация и плавление. Сублимация. Фазовые диаграммы. Аномальные вещества. Полиморфизм. Фазовые переходы первого и второго рода. Основные качественные сведения о сплавах, твердых растворах и полимерах.