Печать

Термодинамика и основы статистической физики

Автор программы: доцент, д. ф.-м. н., Синицын В.В.

Цель дисциплины: дать студенту систематическое изложение статистической физики вместе с термодинамикой, и обучить соответствующим методам, основанных на статистическом и феноменологическом рассмотрении различных физических явлений, включая наносистемы и системы с низкой размерностью.
Задачи: развитие у студентов навыков физического мышления, умения ставить и решать задачи по статистической физике и термодинамике сложных систем, понимание общих термодинамических и статистических закономерностей макроскопических и наносистем, свободно владеть основными определениями и терминологией в рамках данного курса.

Краткое содержание дисциплины:

1

Основные положения термодинамики. Первый закон термодинамики, второй закон термодинамики, основное уравнение термодинамики для равновесных процессов, энтропии, парадокс Гиббса.

2

Второе начало термодинамики для неравновесных процессов. Пределы применимости второго закона термодинамики. Третий закон термодинамики. Следствия третьего закона термодинамики. Вычисление энтропии и поведение теплоемкостей при Т→0 К.

3

Термодинамические потенциалы. Преобразование Лежандра. Якобианы. Соотношения Максвелла. Термодинамические системы.

4

Условия термодинамического равновесия и устойчивости. Условия равновесия двухфазной однокомпонентной системы. Принцип Ле Шателье – Брауна.

5

Термодинамика гальванических и топливных элементов. Охлаждение газа при обратимом и необратимом адиабатных расширениях. Эффект Джоуля—Томсона.

6

Основные уравнения термодинамики для диэлектриков. Уравнения систем в магнитном поле.

7

Равновесие гомогенной системы. Равновесие гетерогенной системы. Правило фаз Гиббса. Тройная точка. Равновесие бинарных систем. Классификация фазовых переходов. Критические и закритические явления.

8

Термодинамические свойства переохлажденной воды. Теория второй критической точки воды на основе нанокластерного модели. Аномалии удельного объема. Теплоемкости. К.Т.Р. и сжимаемости для переохлажденной воды.

9

Теория Ландау фазовых переходов второго рода. Термодинамический потенциал, энтропия, теплоемкость.

10

Фазовые переходы второго рода в сегнетоэлектриках, суперионные фазовые переходы.

11

Локальное равновесие и основное уравнение термодинамики для неравновесных процессов. Уравнения баланса и законы сохранения. Термодинамика линейных необратимых процессов. Термоэлектрические явления.

12

Распределение Гиббса. Распределение Максвелла. Свободная энергия в распределении Гиббса. Распределение Гиббса с переменным числом частиц. Статистическое определение температуры наночастицы.

13

Распределение Больцмана, свободная энергия больцмановского идеального газа, статистическое уравнение состояния идеального газа, уравнение Больцмана, кинетическая теория, статистика Больцмана, дефекты решетки.

14

Распределение Ферми, вырожденный электронный газ, теплоёмкость электронного газа. Особенности одномерного и двумерного ферми-газа.

15

Распределение Бозе, вырожденный Бозе-газ, конденсация Бозе – Эйнштейна, теплоёмкость кристаллической решетки, классическая модель для вычисления энергии решетки, модель Эйнштейна, модель Дебая (низкие температуры), флуктуации энергии.

Общая трудоемкость дисциплины: 4 зачетные единицы.

Форма промежуточной аттестации: экзамен, зачет.