Модуль 3. Физика реальных макросистем

10. Равновесные состояния вещества 0,17 (6 ч).

10.1. Реальные макросистемы. Твёрдые тела. Реальные газы и жидкости. Потенциал межмолекулярного взаимодействия. Фазовые превращения вещества: переход из газообразного состояния в жидкое. Экспериментальные изотермы, область двухфазных состояний, критическая точка. Уравнения состояния реального газа на полуэмпирической основе. Модель газа Ван-дер-Ваальса. Уравнение Ван-дер-Ваальса.

10.2. Свойства реальных газов. Результаты теории Ван-дер-Ваальса и экспериментальных исследований. Изотермы газа Ван-дер-Ваальса. Метастабильные состояния. Правило Максвелла. Критическое состояние вещества и его параметры. Роль флуктуаций в критическом состоянии. Закон соответственных состояний. Сравнение результатов теории Ван-дер-Ваальса с экспериментальными данными. Энергия газа Ван-дер-Ваальса. Эффект Джоуля-Томсона: сущность эффекта и его расчёт. Температура инверсии. Методы получения низких температур.

10.3. Поверхностные явления в жидкостях. Коэффициент поверхностного натяжения. Давление под искривленной поверхностью жидкости. Формула Лапласа. Смачивание. Капиллярные явления. Мыльные плёнки.

(Тема 10.3 предлагается для самостоятельного изучения).

10.4. Фазовые переходы первого и второго рода. Условия равновесия фаз химически однородного вещества. Классификация фазовых переходов по Эренфесту. Фазовые переходы первого рода. Полиморфизм. Скрытая теплота перехода. Диаграмма состояний вещества. Тройная точка. Аномальные вещества. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Диаграмма состояния гелия. Сверхтекучесть жидкого гелия и другие его свойства.

.

11. Процессы в неравновесных макросистемах 0,17 (6 ч).

11.1 Процессы переноса в реальных системах. Релаксационные процессы в молекулярных системах. Представление о кинетическом уравнении Больцмана. Стационарные уравнения переноса в газах, жидкостях и твердых телах. Теплопроводность. Самодиффузия. Внутреннее трение. Задачи о стационарное распределение температуры в однородной среде с граничными условиями. Внутренняя теплопроводность и внешняя теплопередача

11.2. Элементарная кинетическая теория процессов переноса в газах. Столкновения молекул и их количественные характеристики: эффективное сечение молекулы, средняя длина свободного пробега молекул, среднее время между столкновениями и средняя частота столкновений. Метод средней длины свободного пробега. Стационарное обобщенное уравнение переноса (одномерный случай). Уравнение диффузии, теплопроводности и вязкости. Зависимость коэффициентов переноса от микроскопических и макроскопических параметров идеального газа. Явления переноса в ультраразреженном газе. Тепловая и изотермическая эффузия.

11.3. Атмосферы планет. Атмосфера как открытая система. Состав и структура атмосферы Земли. Термофизическая модель атмосферы Земли. Парниковый эффект. Озоносфера Земли. Инверсия температуры в стратосфере. Концепция «ядерной зимы». Возможность антипарникового эффекта в постъядерной ситуации. Глобальный характер климатических последствий ядерной войны. Заключение курса.

2.2. Основная и дополнительная литература,

информационные ресурсы

Основная литература

1. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. / И.Е.Иродов. М.: Бином, 2001.

2. Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы./ И.Е.Иродов.- 2-е изд., дополн. -М.: Лаб. Баз. Знаний, 2001.

3. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию./ Н.Кобаяси. – Пер. с японск. - М: Бином, Лаб.знаний, 2007.

4. Матвеев А.Н. Молекулярная физика: Учеб. для физ. спец. вузов./ А.Н.Матвеев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1987.

5. Сборник задач по общему курсу физики. В 5 кн. Кн.2. Термодинамика и молекулярная физика / Под ред. Д.В.Сивухина. – 5-е изд., стер. – М.: Физматлит; Лань,2006.

6. Сивухин Д.В. Общий курс физики, Т.2. / Д.В.Сивухин. М.: Физматлит., 2005.

Дополнительная литература

7. Базаров И.П. Термодинамика: Учебн. для вузов/ И.П.Базаров. 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1991.

8. Булкин П.С., Попова И.И. Общий физический практикум. Молекулярная физика./ П.С.Булкин., И.И. Попова. М.: Изд-во МГУ, 1988.

9. Гершензон Е.М. и др. Молекулярная физика: Учеб. пособие для студ. высш. пед. Учеб. заведений./ Е.М.Гершензон, Н.Н.Малов, А.Н.Мансуров. – М.: Издательский центр «Академия», 2000.

10. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие для вузов. / В.Е.Гмурман.- 9-е изд., стер. – М.: Высш. Шк., 2003.

11. Золотов.О.А., Москвич О.И. Общая физика. Молекулярная физика. Практикум по семинарским занятиям: учеб.пособие / О.И. Москвич, О.А.Золотов.- СФУ; Красноярск, 2008.

12. Кальоти Дж. От восприятия к мысли. / Дж.Кальоти. М.: Мир, 1998.

13. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: учебник для вузов / С.Х.Карпенков. - 8-е изд., испр.–М.:Анод.Проект, 2004. - 640с.

14. Кубо Р. Термодинамика. / Р.Кубо. М.: Мир, 1970.

15. Москвич О.И. Общая физика. Молекулярная физика. Курс лекций: Метод. пособие /О.И.Москвич. – СФУ; Красноярск, 2008.

16. Общая физика. Молекулярная физика. Общий физический практикум: учеб. пособие / Под ред. О.И.Москвич.- СФУ; Красноярск, 2008.

17. Рейф Ф. Статистическая физика: Учеб. руковод. : Берклеев. курс физики, Т.5. / Ф.Рейф. - 3- е изд., испр., -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986.

18. Фейнман Р. и др. Фейнмановские лекции по физике. Вып.2./ Р.Фейнман и др., М.: Мир, 1977.

19. Эткинс П. Порядок и беспорядок в природе. / П.Эткинс. М.: Мир, 1987.

Справочная литература

20. Кухлинг Х. Справочник по физике./ Х.Кухлинг. М., Мир, 1983.

21. Физические величины. Справочник. / Под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991.

22. Физический энциклопедический словарь (в 5 томах). / Под. Ред. А.М.Прохорова. М., Сов. Энциклопедия, 1984.

23. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. / Б.М.Яворский, А.А.Детлаф.М.: Наука, 1963.