Вопросы к экзамену (Зимняя сессия 2016-2017 уч. год)
семестр 3 (специалисты )
4. Квантовая оптика. Физика микромира.
4.1. Тепловое излучение, его энергетические характеристики. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Формула Рэлея-Джинса, ее несоответствие спектру теплового излучения.
4.2. Гипотеза Планка. Формула Планка для спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела и ее соответствие опытным законам теплового излучения.
4.3. Фотоэлектрический эффект. Вольтамперные характеристики фототока. Опытные закономерности фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Объяснение опытных закономерностей фотоэффекта на основе квантовых представлений о свете.
4.4. Ядерная модель атома. Постулаты Бора. Объяснение спектральных закономерностей излучения атома водорода на их основе.
4.5. Гипотеза де-Бройля о волновых свойствах частиц. Формула де-Бройля. Корпускулярно-волновая природа частиц.
4.6. Волновая функция. Соотношение неопределенностей. Уравнение Шредингера. Его роль в квантовой физике. Уравнение Шредингера для стационарных состояний.
4.7. Свободная частица. Уравнение Шредингера и его решение для свободной частицы.
4.8. Уравнение Шредингера и его решение для частицы в прямоугольной бесконечно глубокой потенциальной яме.
4.9. Уравнение Шредингера для гармонического осциллятора. Прохождение частицы через потенциальный барьер. Туннельный эффект.
4.10. Результаты квантово-механического рассмотрения поведения электрона в водородоподобном атоме. Физический смысл квантовых чисел.
4.11. Спин электрона. Принцип Паули для электронов в многоэлектронных атомах. Излучение и поглощение энергии атомами. Правило частот Бора. Правила отбора. Электронные конфигурации атомов.
4.12. Состав и структура ядер атомов. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Ядерные реакции.
5. Молекулярная физика.
5.1. Молекулярно-кинетические представления о строении вещества в различных агрегатных состояниях вещества. Характер движения молекул в газах, в твердых телах и жидкостях. Взаимодействие молекул. Эффективный диаметр молекул. Модель идеального газа и модель газа Ван-дер-Ваальса.
5.2. Статистический метод описания состояния и поведения многих частиц. Функции распределения Максвелла и Больцмана. Барометрическая формула.
5.3. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Связь внутренней энергии и температуры идеального газа со средней квадратичной скоростью молекул.
5.4. Связь средней кинетической энергии молекул с абсолютной температурой. Теорема о распределении энергии молекул по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа и ее связь со средней кинетической энергией молекул и абсолютной температурой.
5.5. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клайперона). Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы газа Ван-дер-Ваальса и реального газа.
5.6. Внутренняя энергия и способы ее изменения. Способы теплопередачи. Количество теплоты и теплоемкость. Первый закон термодинамики как закон сохранения энергии.
5.7. Изотермический процесс. Закон Бойля-Мариотта. Работа газа, теплоемкость, изменение внутренней энергии, первый закон термодинамики, изменение энтропии при изотермическом процессе.
5.8. Изохорический процесс. Закон Шарля. Работа газа, терлоемкость, изменение внутренней энергии, первый закон термодинамики, изменение энергии при изохорном процессе.
5.9. Изобарный процесс. Закон Гей-Люссака. Работа газа, теплоемкость, изменение внутренней энергии, первый закон термодинамики, изменение энтропии при изобарном процессе.
5.10. Классическая теория теплоемкости. Формула молярной теплоемкости газов при постоянном давлении и при постоянном объеме. Уравнение Майера. Расхождение классической теории теплоемкости газов с экспериментом. Объяснение зависимости теплоемкости газов от температуры в квантовой физике.
5.11. Адиабатный (изоэнтропийный) процесс. Уравнение Пуассона. Работа газа, теплоемкость, изменение внутренней энергии, первый закон термодинамики, изменение энтропии при адиабатном процессе.
5.12. Круговые процессы. Работа газа, теплоемкость, изменение внутренней энергии, первый закон термодинамики, изменение энтропии при круговом процессе. Цикл Карно. К. п.д. идеального и реального цикла Карно, их расхождение.
5.13. Обратимые и необратимые процессы. Необратимость механических, тепловых и электромагнитных процессов. Особенность тепловой энергии. Второй закон термодинамики.
5.14. Энтропия системы. Принцип возрастания энтропии. Энтропия как количественная мера беспорядка (хаотичности). Термодинамическая вероятность, ее связь с энтропией. Изменение энтропии при изопроцессах. Порядок и беспорядок в природе. Закономерности развития.
6.Явления переноса.
6.1. Равновесные и неравновесные состояния системы. Процессы переноса. Диффузия, условия ее возникновения. Поток и плотность потока массы. Коэффициент диффузии. Уравнение диффузии (закон Фика). Вывод уравнения диффузии газов на основе молекулярно-кинетической теории. Зависимость коэффициента диффузии газов от давления и температуры.
6.2. Теплопроводность. Условие ее возникновения. Поток и плотность потока энергии теплового движения молекул (количества теплоты). Коэффициент теплопроводности. Уравнение теплопроводности (закон Фурье). Вывод уравнения теплопроводности газов на основе молекулярно-кинетической теории. . Зависимость коэффициента теплопроводности газов от давления и температуры.
6.3.Вязкость (внутреннее трение). Условие ее возникновения. Поток и плотность потока импульса упорядоченного движения молекул. Сила внутреннего трения. Коэфициент вязкости. Уравнение вязкости (закон Ньютона). Вывод уравнения вязкости на основе молекулярно-кинетической теории. Зависимость коэффициента вязкости газов от давления и температуры.
6.4. Электропроводность как вынужденная диффузия. Условие ее возникновения. Сила тока и плотность тока. Удельная электропроводность. Закон Ома в дифференциальной форме.
6.5. Вывод закона Ома в дифференциальной форме в классической электронной теории электропроводности металлов опытным путем. Электропроводности металлов согласно квантовой физике.
7. Физика твердого тела.
7.1. Электронный газ обобществленных валентных электронов в металлах как система тождественных частиц-фермионов. Распределение электронов по состояниям (распределение Ферми-Дирака) при различных температурах. Энергия и температура Ферми.
7.2. Классическая теория теплоемкости кристаллов. Закон Дюлонга и Пти. Квантовая теория теплоемкости кристаллов. Теория теплоемкости Эйнштейна и Дебая.
7.3. Элементы зонной теории кристаллов. Расщепление уровней энергии электронов при образовании кристаллов. Разрешенные и запрещенные зоны энергий электронов в кристаллах. Металлы, диэлектрики и полупроводники с точки зрения зонной теории твердых тел.
7.4. Элементы квантовой теории электропроводности металлов: основные механизмы электрического сопротивления металлов, их зависимость от температуры и их вклад в полное сопротивление при различных температурах.
