Рабочая программа учебной дисциплины Методы математической физики (стр. 3 )

3.  Анализ полученных результатов.

4.  Практическое применение этих результатов.

Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования для подготовки бакалавров по направлению 210600 – "Нанотехнология".

Стандарт утвержден 10.03.2000г., регистрационный номер – 21 тех/бак.

Шифр дисциплины ЕН Р.02.

Рабочая программа обсуждена и утверждена на заседании кафедры ППиМЭ. . , протокол № .

Программу разработал

доцент каф. ППиМЭ, к. т.н., доцент

Заведующий кафедрой ППиМЭ,

профессор

Ответственный за основную

образовательную программу,

доцент

Новосибирский государственный технический университет

ФАКУЛЬТЕТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ, ФИЗИКИ

Кафедра Полупроводниковых приборов и микроэлектроники

«УТВЕРЖДАЮ» Декан факультета РЭФ Проф. «___»__________2006 г.

 

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

СПЕЦГЛАВЫ ФИЗИКИ

Второй блок –

"Введение в статистическую физику"

Бакалавриат по направлению

210600 "Нанотехнология"

по специальностям:

"Физическая электроника" (071400),

"Микроэлектроника и твердотельная электроника" (200100),

"Электронные приборы и устройства" (200300),

"Промышленная электроника" (200400)

Факультет Радиотехники электроники и физики

Курс 2 Семестр 4

Лекции 20 ч.

Практические занятия 10 ч.

Самостоятельная работа

Зачет в 4 семестре

Всего

Новосибирск

2006

1.  Внешние требования

Шифр дисциплины	Содержание учебной дисциплины	Часы
л.	пр.
Дисциплина установлена Советом ВУЗа	Дискретные распределения – биномиальное, Пуассона, Гаусса	4	2
Статистическое описание системы частиц в фазовом пространстве	2
Микроканоническое распределение Гиббса	4	2
Каноническое распределение	4	2
Распределение Максвелла-Больцмана	4	2
Большое каноническое распределение	2	2
Общий объем в часах	20	10

2.  Особенности построения дисциплины

Область применения полученных знаний и умений	Курс способствует усвоению материала последующих учебных дисциплин: квантовая статистическая физика, физика твердого тела, полупроводников, конденсированного состояния.
Основание для введения дисциплины в учебный план направления	Включен в учебный план направления по решению ученого совета вуза.
Адресат курса	Студенты по направлению 210600 "Нанотехнология"
Основная цель и практическая значимость	Формирование систематических знаний, требующихся для построения моделей физических явлений и процессов в газах, твердых телах и конденсированных состояниях, лежащих в основе принципов действия приборов и устройств электроники и микроэлектроники.
Основные разделы	Каноническое распределение. Распределение энергии по степеням свободы. Распределение Максвелла–Больцмана. Энергетическая плотность состояний. Электрохимический потенциал.
Основные точки контроля – темы контрольной работы	1.  Фазовое пространство и микроканоническое распределение. 2.  Распределение Максвелла. 3.  Распределение Больцмана.
Связь с другими учебными дисциплинами	Курс предполагает знание основ теории вероятности и классической механики, студент должен иметь навыки дифференцирования и интегрирования, владеть материалом курса "Методы математической физики".

3. Цели учебной дисциплины

После изучения дисциплины студент будет:

Иметь представление о методах статистической физики и термодинамики, используемых для описания классических явлений в газах и твердых телах.
Знать основные законы термодинамики и статистические распределения: дискретные – биномиальное, Пуассона, Гаусса; непрерывные – микроканоническое, каноническое, большое каноническое. Понимать статистический смысл термодинамических величин. Знать характеристики равновесной системы – энергетическая плотность состояний, электрохимический потенциал, статистический интеграл.
Уметь:
1.	Применять статистические распределения для описания классических явлений: дробовой эффект; случайные блуждания частицы; распределения для электронов в металле и около поверхности, вблизи атома донорной примеси; броуновское движение; флуктуации в измерительной системе, резисторе, колебательном контуре; явление термоэлектронной эмиссии; диффузия газа через малое отверстие; допплеровское расширение спектральной линии газа; частицы в центрифуге; ориентационная поляризация диэлектрика.
2.	Использовать фазовое пространство для статистического описания системы частиц.
3.	Применять теорему о распределении энергии по степеням свободы.
Для успешного изучения курса студенту необходимо знать основы теории вероятности и классической механики, иметь навыки дифференцирования и интегрирования, владеть материалом курса "Методы математической физики".
Оценка знаний и умений студентов проводится по итогам контрольной работы, коллоквиума и экзамена.

4. Содержание дисциплины

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№ п/п	Раздел дисциплины	Лекции, ч.	ПЗ, ч.
1	Введение	1
2	Дискретные распределения – биномиальное, Пуассона, Гаусса	3	2
3	Статистическое описание системы частиц в фазовом пространстве	2
4	Микроканоническое распределение	4	2
5	Каноническое распределение	4	2
6	Распределение Максвелла–Больцмана	4	2
7	Большое каноническое распределение	2	2
Общий объем в часах	20	10

4.2. Содержание разделов дисциплины

4.2.1.	Введение. Предмет дисциплины, ее задачи и методы – 1 ч.
4.2.2.	Дискретные распределения. Функция распределения и средние значения случайной величины. Биномиальное распределение. Распределение Пуассона и Гаусса. Дробовой эффект. Случайные блуждания. Распределение времен свободного пробега электрона в металле, скорость дрейфа электронов – 3 ч.
4.2.3.	Статистическое описание системы частиц в фазовом пространстве. Фазовое пространство. Фазовый ансамбль и функция распределения состояний. Теорема Лиувилля и ее следствия – 2 ч.
4.2.4.	Микроканоническое распределение. Число микросостояний. Энергетическая плотность состояний. Термодинамические характеристики: внутренняя энергия, давление, энтропия, температура – 4 ч.
4.2.5.	Каноническое распределение. Статистический интеграл и его выражение для поступательного, колебательного, вращательного движений молекул. Термодинамические характеристики: свободная энергия, внутренняя энергия, давление, энтропия. Применения теории: идеальный газ, смесь газов, газы во внешних полях. Теорема о распределении энергии по степеням свободы и ее применения: предельная чувствительность измерительных приборов, усилителя, флуктуационная ЭДС в активном сопротивлении, формула Найквиста – 4 ч.
4.2.6.	Распределение Максвелла–Больцмана. Распределение Максвелла по проекциям и по модулю скорости. Наиболее вероятная скорость, средняя скорость, средняя квадратичная скорость. Распределение по энергии. Наиболее вероятная энергия, средняя энергия. Характеристики потока частиц. Плотность тока термоэлектронной эмиссии, формула Ричардсона. Распределение Больцмана и его применения: газ в однородном поле тяжести, в центрифуге, диэлектрик в электрическом поле, электронное облако вблизи заряженного металла, потенциал Дебая донорной примеси – 4 ч.
4.2.7.	Большое каноническое распределение. Термодинамические характеристики системы с переменным числом частиц: химический потенциал, термодинамический потенциал, большой термодинамический потенциал. Двухфазная система и ее равновесие. Функция распределение с переменным числом частиц. Интеграл состояния. Применения к идеальному газу – 2 ч.

4.3. Перечень практических занятий

№ ПЗ	№ раздела	Практические занятия
1	4.2.2.	Дискретные распределения – 2 ч.
2	4.2.4.	Микроканоническое распределение – 2 ч.
3	4.2.5.	Каноническое распределение – 2 ч.
4	4.2.6.	Распределение Максвелла-Больцмана – 2 ч.
5	4.2.7.	Большое каноническое распределение – 2 ч.

5. Список литературы