Программа дисциплины для студентов

Программа дисциплины для студентов

Форма Ф СО ПГУ 7.18.2/07

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Кафедра общей и теоретической физики

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ

дисциплина «Неравновесная статистическая физика»

специальности 050604 - «Физика»

Павлодар

Лист утверждения к программе дисциплины для студентов

Форма Ф СО ПГУ 7.18.2/11

УТВЕРЖДАЮ

Декан ФФМиИТ

___________

«___»____________200__г.

Составитель:_____________________к. ф.-м. н., профессор

Кафедра общей и теоретической физики

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

дисциплины «Неравновесная статистическая физика»

для специальности 050604 - «Физика»

Программа разработана на основании рабочей учебной программы, утвержденной «___»______________200__г.

Рекомендована на заседании кафедры от «___»_______________200___г.

Протокол № ___.

Заведующий кафедрой _________________

Одобрена учебно-методическим советом факультета физики, математики и информационных технологий «___»_______________200__г. Протокол № ____.

Председатель УМС __________________

Данные о преподавателях

Биболов Шагизда Капсаттарович, к. ф.-м. н., профессор кафедры общей и теоретической физики (лекции, практические занятия)

Приемные часы на кафедре (А – 313) пятница 15

Данные о дисциплине

Дисциплина будет изучаться в 7 семестре продолжительностью в 15 недель. Общая трудоемкость дисциплины 135 часов, из них 45 часов отведено на занятия в аудитории и 90 часа – на самостоятельную работу студентов (СРС) по изучению дисциплины. Распределение аудиторного времени по видам занятий приведено в календарном плане.

Цели и задачи дисциплины, её место в учебном процессе

Цель дисциплины:

Дать студентам глубокие и прочные знания основных термодинамических и статистических закономерностей явлений в неравновесных макроскопических систем, а также научить применять эти знания к прикладным задачам. Обратить внимание на различие методов, которые характерны для термодинамических и статистических подходов при решении возникающих проблем.

Задачи дисциплины

Изучив данный курс, студент должен знать основные понятия и законы статистической физики явлений в неравновесных системах, овладеть методами постановки и решения задач, уметь проводить численные расчеты коэффициентов переноса, ознакомиться с методами исследований явления переноса.

Пререквизиты

Для глубокого и успешного изучения курса «Неравновесная статистическая физика» необходимы знания курса молекулярной физики и термодинамики, теоретической механики, термодинамики и статистической физики. Кроме того, требуется знание основ теории вероятности, теории дифференциальных уравнений и методов математической физики.

ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1. Базаров . – М.: ВШ, 1991. – 376 с.

2. , Мултановский физика и термодинамика. – М.: Просвещение, 2005. – 256 с.

3. Журавлев необратимых процессов в задачах и решениях. – М.: Наука, 1979. – 136 с.

4. Квасников и статистическая физика. Теория неравновесных систем. – М.: МГУ, 1987. – 559 с.

5. , Рывкин , статистическая физика и кинетика. – М.: Наука, 1990. – 400 с.

Дополнительная:

6. Климонтович физика. – М.: Наука, 1982. – 608 с.

7. , Романов по статистической физике. – М.: Наука, 1992. – 152 с.

8. , Лифшиц физика. – М.: Наука, 1979. – 528 с.

9. Молдабекова необратимых процессов. – Алматы: «Қазақ университеті», 2004. – 102 с.

10. , Янкина задач по теоретической физике. Квантовая механика, статистическая физика. – М.: Просвещение, 1979. – 192 с.

Тематический план дисциплины

«Неравновесная статистическая физика»

ТЕМАТИЧЕСКИЙ План ДИСЦИПЛИНЫ
№ п/п	Наименование тем	Количество часов
Лекц.	Практ.	СРС
1	2	3	4	5
1	Теория флуктуаций	6	3	15
2	Кинетическая теория	9	4	30
3	Броуновское движение	6	3	15
4	Основы термодинамики необратимых процессов	9	5	30
ИТОГО:	30	15	90

Компоненты курса

1.1 Перечень лекционных занятий

Тема 1 Теория флуктуаций. Биноминальное распределение, распределение Гаусса и Пуассона в теории флуктуаций. Каноническое и большое каноноческое распределения в теории флуктуаций. Флуктуации равновесного излучения. Флуктуации в классических системах. Тепловой шум. Формула Найквиста. Квазитермодинамическая теория флуктуаций. Рассеяние света на флуктуациях плотности. Флуктуации плотности, объема, температуры, давления, внутренней энергии, термодинамических сил. Средние и наивероятнейшие значения термодинамических функций.

Тема 2 Кинетическая теория. Приближение парных столкновений. Кинетическое уравнение Больцмана. Модель твердых шаров. Интеграл столкновений. Вывод уравнения Больцмана из уравнений ББГКИ. Свойства интеграла столкновений. Закон возрастания энтропии. Н-теорема. Свободномолекулярные течения газа. Термодинамические функции разреженного газа. Газодинамические функции. Уравнения переноса для плотностей массы, импульса и кинетической энергии. Гидродинамическое приближение. Локальное распределение Максвелла. Уравнения гидродинамики вязкой жидкости Навье-Стокса. Метод Грэда.

Тема 3 Броуновское движение. Характер движения броуновской частицы. Уравнение Ланжевена. Уравнение Фоккера-Планка. Марковские процессы. Уравнение Эйнштейна-Смолуховского. Броуновское движение гармонического осциллятора. Тепловые колебания в электрическом контуре. Выделение медленных процессов при броуновском движении осциллятора. Распределение средней энергии колебаний по спектру. Спектр флуктуаций энергии. Флуктуации амплитуды и фазы. Диффузия фазы. Кинетические флуктцации в газе (флуктцации одночастичной функции распределения).

Тема 4 Основы термодинамики необратимых процессов. Термодинамическое описание обратимых и необратимых процессов. Уравнение переноса. Гипотеза о локальном равновесии. Законы сохранения и уравнения баланса для непрерывных систем. Уравнения гидродинамики. Уравнение баланса энтропии. Производство энтропии. Термодинамика линейных диссипативных систем. Соотношение Онзагера. Баланс энтропии в термодинамике необратимых процессов. Термодинамические потоки и силы. Принцип симметрии Кюри. Теорема о минимальном производстве энтропии. Явления переноса: диффузия, вязкость, теплопрводность. Перекрестные эффекты. Термодиффузия (эффект Соре). Эффект Дюфора. Электроповодность. Закон Ома. Термоэлектрические явления. Термопара. Явление Зеебека. Эффект Пельтье. Явление Томсона.

Содержание практических занятий

№ п/п	Наименование темы	Содержание	Вид контроля	Сроки выполнения
1	2	3	4	5
1	Теория флуктуаций	Биноминальное распределение, распределение Гаусса и Пуассона в теории флуктуаций. Флуктуации в классических системах. Флуктуации плотности, объема, температуры, давления, внутренней энергии, термодинамических сил. Средние и наивероятнейшие значения термодинамических функций.	Решение задач	1-3 недели
2	Кинетическая теория	Интеграл столкновений. Свойства интеграла столкновений. Свободномолекулярные течения газа. Термодинамические функции разреженного газа. Газодинамические функции. Гидродинамическое приближение. Уравнения гидродинамики вязкой жидкости Навье-Стокса.	Решение задач	4-7 недели
3	Броуновское движение	Броуновское движение гармонического осциллятора. Тепловые колебания в электрическом контуре. Распределение средней энергии колебаний по спектру. Спектр флуктуаций энергии. Флуктуации амплитуды и фазы. Диффузия фазы.	Решение задач	8-11 недели
4	Основы термодинамики необратимых процессов	Уравнение баланса энтропии. Производство энтропии. Термодинамика линейных диссипативных систем. Баланс энтропии в термодинамике необратимых процессов. Термодинамические потоки и силы. Принцип симметрии Кюри. Перекрестные эффекты. Термодиффузия (эффект Соре). Эффект Дюфора. Электроповодность. Закон Ома. Термоэлектрические явления. Термопара. Явление Зеебека. Эффект Пельтье. Явление Томсона.	Решение задач	12-15 недели

Темы, предлагаемые студентам для самостоятельного изучения:

1 – Тема - Теория флуктуаций.

Флуктуации равновесного излучения. Тепловой шум. Формула Найквиста.

Рекомендуемая литература: [4], 59-77 стр.

2 – Тема - Кинетическая теория.

Геометрия парных столкновений. Рассеяние частиц. Оценка интеграла столкновений.

Рекомендуемая литература: [4], 458-471 стр.

3- Тема - Броуновское движение.

Одномерное, двумерное движения броуновской частицы. Уравнение Эйнштейна-Смолуховского. Рекомендуемая литература: [4], 115-122 стр.

4 – Тема - Основы термодинамики необратимых процессов.

Явления переноса: диффузия, вязкость, теплопрводность. Перекрестные эффекты. Термодиффузия (эффект Соре). Рекомендуемая литература: [8], 59-72 стр.

Распределение баллов при определении рейтингов

текущей успеваемости

№ п/п	Виды контроля	Максимальный балл
Рейтинг 1	Рейтинг 2
100	100
1	Текущий контроль	100	100
1.1	Посещение занятий, подготовка к занятиям и работа в группе	30	25
1.2	Выполнение и защита лаб. работ	30	30
1.3	Выполнение СРС	40	45
2	Рубежный контроль	100	100

Календарный график контрольных мероприятий

1 рейтинг											Итого баллов
Недели	1	2	3	4	5	6	7	8
Текущий успеваемость (ТУ)
Максимальный балл, в том числе по видам контроля:	10	10	10	20	10	10	10	20	100
Посещение, подготовка к занятиям и работа в группе	3	3	3	6	3	3	3	6	30
Выполнение и защита лаб. работ	3	3	3	6	3	3	3	6	30
Выполнение и защита заданий на СРС, рефераты и др.	5	5	5	5	5	5	5	5	40
Рубежный контроль (РК)										100	100
2 рейтинг											Итого баллов
Недели	9	10	11	12	13	14	15
Текущий успеваемость (ТУ)
Максимальный балл, в том числе по видам контроля:	10	10	10	20	15	15	20		100
Посещение, подготовка к занятиям и работа в группе	3	3	3	5	3	3	5		25
Выполнение и защита лаб. работ	4	4	4	5	4	4	5		30
Выполнение и защита заданий на СРС, рефераты и др.	6	6	6	6	6	6	9		45
Рубежный контроль (РК)	100		100

Политика курса

В обязанности студентов входит регулярное посещение занятий, выполнений графика сдачи заданий по дисциплине, самостоятельная работа с литературой в библиотеке и интернет зале.

В процессе совместной работы преподавателей со студентами необходимо придерживаться следующих правил.

Преподаватель и студент должны относиться друг к другу с уважением, быть тактичными и вежливыми.

Студенты должны быть активными на занятиях: задавать преподавателю вопросы. Присутствие на занятиях является необходимым, но не достаточным условием: нужно активное овладение материалом.

Студент обязан идти на контакт с преподавателем и получать консультацию по выполняемым заданиям.

Не стесняйтесь ошибаться. Не ошибается тот, кто ничего не делает.

Не делайте вид, что вы во всём разобрались. Проявляйте пытливость, наблюдательность.

Посещение занятий является обязательным. Если вы пропустили три и более занятия без уважительных причин (причина должна быть подтверждена документально), то преподаватель вправе потребовать от вас получения допуска декана. Помните: посещаемость входит в итоговую оценку.

Необходимо своевременно сдавать отчёты по практическим, лабораторным и самостоятельным работам в соответствии с графиком. Это влияет на итоговую оценку. Незавершенные отчеты и самостоятельные работы снижают баллы оценки. Свовременное и в полной мере выполненное задание предполагает максимальный балл за каждую работу.

Опоздания на аудиторные занятия не допускаются. При удалении с занятия балл за посещение и подготовку к занятию будет равен 0.

В каждом семестре предусмотрены два рубежных контроля знаний по соответствующим разделам дисциплины в виде тестирования.

Если Вы отсутствовали на занятии или контрольном мероприятии по уважительной причине, вам предоставляется возможность отработать его по индивидуальному заданию и во время, указанное преподавателем.

По итогам работы два раза за семестр определяется итоговый балл (рейтинг). Балл менее 50 соответствует неудовлетворительной оценке. Для допуска к экзамену необходимо иметь положительные оценки по итогам 1-2 рейтингов. Итоговый экзамен будет проводиться в форме тестирования.

Этика не допускает разговоров вслух, когда говорит преподаватель. Разговоры на посторонние темы во время занятий не допускаются. После второго предупреждения студент удаляется из аудитории.

Ваша обязанность приходить на занятия подготовленным. Используйте имеющуюся литературу, своевременно получите литературу в библиотеке.

Категорически запрещается копирование чужих работ.

Желательно посещение консультаций.

Во время занятий сотовые телефоны должны быть отключены.

Порядок оценивания знаний студентов

1. В середине и конце семестра по 100 бальной шкале определяется оценка текущей успеваемости (ТУ) по изученному модулю дисциплины. Оценка ТУ это сумма баллов набранных за:

- подготовку к занятиям, активную работу в группе и участие в контрольных мероприятиях на занятиях:

- своевременность, качество выполнения и защиты лабораторных и самостоятельных работ:

Для студентов заочной формы обучения балл ТУ складывается из баллов, набранных на занятиях, и баллов, набранных в межсессионный период по расписанию СРСП, за выполнение и защиту заданий на СРС (в том числе за выполнение разделов КР).

2. Оценка рубежного контроля (РК) так же определяется по 100 балльной шкале.

3. По итогам оценки ТУ и РК определяется рейтинг (Р1 И Р2) студента по дисциплине

Р1(2)=ТУ1(2)*0,7+РК1(2)*0,3.

Рейтинг не определяется, если студент не прошел РК или получил по РК менее 50 баллов. В данном случае декан устанавливает индивидуальные сроки сдачи РК.

4. Оценка рейтинга допуска студента по дисциплине за семестр равна

РД=(Р1+Р2)/2.

К итоговому контролю (ИК) по дисциплине допускаются студенты, выполнившие все требования рабочей учебной программы, получившие положительную оценку за защиту курсового проекта и набравшие рейтинг допуска (не менее 50 баллов).

5. Уровень учебных достижений студентов по каждой дисциплине (в том числе и по дисциплинам, по которым формой итогового контроля ТЭ) определяется итоговой оценкой (И), которая складывается из оценок РД и ИК (экзамена, дифференцированного зачета или курсовой работы проекта) с учетом их весовых долей (ВДРД и ВДИК).

И=РД*ВДРД+ИК*ВДИК

Весовые доли ежегодно утверждаются ученым советом университета РД = 0,6; ИК = 0,4.

Итоговая оценка в баллах (И)	Цифровой эквивалент баллов (Ц)	Оценка в буквенной системе (Б)	Оценка по традиционной системе
Экзамен, диф. зачет	Зачет
95-100	4	A	Отлично	Зачтено
90-94	3,67	A-
85-89	3,33	B+	Хорошо
80-84	3,0	B
75-79	2,67	B-
70-74	2,33	C+	Удовлетворительно
65-69	2,0	C
60-64	1,67	C-
55-59	1,33	D+
50-54	1,0	D
0-49	0	F	Не удовлетворительно	Не зачтено