Молекулярная физика и термодинамика

Й семестр.

Предмет физики. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория. Роль физики в развитии естествознания и техники.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

Предмет механики. Классическая и квантовая механика. Кинематика и динамика. Основные физические модели: материальная точка (частица), абсолютно твердое тело, механическая система, сплошная и сыпучая среды.

Элементы кинематики

Система отсчета. Скалярные и векторные физические величины. Скорость и ускорение материальной точки. Нормальное и тангенциальное ускорения. Радиус кривизны траектории. Центр кривизны. Кинематика вращательного движения. Угловая скорость и угловое ускорение. Связь между угловыми и линейными характеристиками движения.

Динамика материальной точки

Основная задача динамики. Границы применимости классической механики. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Масса и импульс тела в классической и релятивистской механике. Второй и третий законы Ньютона. Принцип относительности Галилея. Виды сил в природе и их характеристика. Упругие силы. Силы трения. Сила тяжести и вес тела.

Законы сохранения

Законы сохранения и симметрия пространства и времени. Закон сохранения импульса. Механическая работа и мощность. Кинетическая энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия взаимодействия. Потенциальная энергия упругодеформированного тела. Закон сохранения энергии в механике.

Механика твердого тела

Движение твердого тела. Центр масс (центр инерции) твердого тела. Движение центра масс твердого тела. Момент силы. Момент инерции материальной точки и твердого тела. Теорема Штейнера. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела. Кинетическая энергия тела при плоском движении. Момент импульса механической системы. Закон сохранения момента импульса.

Колебательные движения

Гармонические колебания. Характеристики гармонических колебаний. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Математический, физический и пружинный маятники. Энергия тела при механических колебаниях. Представление гармонического колебания в виде вращающегося вектора. Сложение колебаний одинакового направления. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Затухающие колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Апериодические колебания. Вынужденные колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс.

Механические волны

Распространение волн в упругой среде. Уравнения плоской и сферической волн. Волновое уравнение. Скорость упругих волн в твердых телах. Энергия упругой волны. Стоячие волны. Звуковые волны. Скорость звука. Эффект Доплера для звуковых волн.

Релятивистская механика

Специальная теория относительности. Преобразования Лоренца. Следствия из преобразований Лоренца. Интервал. Сложение скоростей в релятивистской механике. Релятивистское выражение для импульса. Релятивистское выражение для энергии. Преобразование импульса и энергии. Взаимосвязь массы и энергии.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Предварительные сведения

Статистическая физика и термодинамика. Масса и размеры молекул. Состояние системы. Термодинамические параметры. Внутренняя энергия системы. Идеальный газ. Понятие о температуре. Уравнение состояния идеального газа.

Статистическая физика

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Скорости движение молекул и их опытное определение. Давление газа на стенку сосуда. Средняя энергия молекул. Постоянная Больцмана. Закон Максвелла о распределении молекул по скоростям. Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Число соударений молекул между собой. Средняя длина свободного пробега молекул

Термодинамика

Первое начало термодинамики. Работа, совершаемая телом при изменениях объема. Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа. Адиабатный процесс. Уравнение Пуассона. Политропические процессы. Работа, совершаемая идеальным газом при различных процессах. Второе начало термодинамики. Цикл Карно и его КПД. Энтропия. Основное уравнение термодинамики. Энтропия и вероятность. Статистическое истолкование второго начала термодинамики.

Реальные газы

Отклонение свойств реальных газов от уравнения Менделеева – Клапейрона. Собственные размеры молекул и межмолекулярные силы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы реального газа. Критическое состояние вещества. Внутренняя энергия реальных газов. Эффект Джоуля - Томсона. Получение низких температур.

Жидкое состояние вещества

Строение жидкостей. Поверхностное натяжение. Давление под изогнутой поверхностью жидкости. Явление на границе жидкости и твердого тела. Капиллярные явления.

Физическая кинетика

Явление переноса в газах. Диффузия в газах. Теплопроводность газов. Вязкость газов. Разряженные газы.

Энергия электрического поля

Энергия взаимодействия системы точечных зарядов. Энергия заряженного проводника. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электрического поля.