Реальные газы (5 часов)

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

КУРСА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ «МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА»

ДЛЯ СТУДЕНТОВ 1 КУРСА

ФИЗИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА БЕЛГОСУНИВЕРСИТЕТА

Лекции - 52 часа.

Практические работы - 54 часа.

Лабораторный практикум - 62 часов.

Введение (2 часа)

Молекулярная физика. Методы описания материальных тел.

Модель материального тела. Атомы и молекулы. Степени свободы молекул. Энергия молекул. Взаимодействие молекул. Агрегатные состояния вещества. Модель идеального газа.

Основные понятия теории вероятностей и математической статистики

(3 часа)

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

Макроскопическое и микроскопическое состояния вещества

(3 часа).

Микроскопическое состояние. Макроскопическое 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 Пуассона и Гаусса. Флуктуации.

Распределение Максвелла (6 часов).

Распределение молекул по скоростям. Скоростное пространство. Распределение Максвелла по вектору скорости. Распределение Максвелла по компонентам скорости. Распределение Максвелла по абсолютному значению скорости. Характерные скорости. Приведенное распределение Максвелла. Число молекул в различных участках распределения Максвелла. Границы применимости распределения Максвелла. Число ударов молекул о стенку. Принцип детального равновесия. Экспериментальная проверка распределения Максвелла. Основное уравнение кинетической теории газов.

Температура (2 часа).

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

Распределение Больцмана (2 часа).

Закон Больцмана. Распределение Больцмана. Распределение Максвелла - Больцмана. Понятие о распределение Гиббса. Экспериментальное подтверждение распределения Больцмана. Опыты Перрена.

Барометрическая формула. Модель атмосферы Земли. Рассеяние атмосферы планет. Теорема о равнораспределении энергии по степеням свободы.

Броуновское движение (2 часа).

Броуновское движение. Опыты Перрена. Вращательное броуновское движение. Опыт Каплера.

Первое начало термодинамики (6 часов).

Калорическое и термическое уравнение состояния. Количество теплоты. Работа. Первое начало термодинамики. Равновесные и неравновесные процессы. Обратимые и необратимые процессы. Релаксация. Термические свойства тел. 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 (7 часов).

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

Реальные газы (5 часов).

Силы межмолекулярного взаимодействия. Ионная связь. Ковалентная связь. Силы Ван-дер-Ваальса. Потенциал Ленарда - Джонса. 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. Зависимость давления насыщенных паров от температуры. Фазовая диаграмма жидкость-пар. Отклонения свойств реальных газов от идеальных. Вириальное уравнение состояния. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы газа Ван-дер-Ваальса. Правило Максвелла. Метастабильные состояния. Приведенное уравнение состояния. Закон соответственных состояний. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса. Эффект Джоуля-Томсона. Эффект Джоуля-Томсона для газа Ван-дер-Ваальса. Сжижение газов. Свойства веществ при температуре близкой к ОК.

Жидкости (3 часа).

Поверхностное натяжение. 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 (3 часа).

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.