Общие положения Цели и задачи дисциплины

Дисциплина «Физика II» для специальности 5В072300 – «Техническая физика» является разделом общего курса физики – «Молекулярная физика и термодинамика». Молекулярная физика и термодинамика как учение о строении и макроскопических свойствах вещества традиционно излагается с использованием двух взаимно дополняющих фундаментальных методов: термодинамического и молекулярно-кинетического (статистического).

1.2 Цели преподавания дисциплины

Целью преподавания дисциплины «Физика II» является:

- формирование у студентов знаний и навыков физического и математического описания поведения систем, состоящих из большого количества частиц;

- освоения смысла и содержания основных термодинамических принципов, статистических закономерностей, законов молекулярной физики;

- подготовить студентов к постановке и проведению теоретических и экспериментальных исследований в молекулярной физике.

1.3 Задачи изучения дисциплины

Задачей дисциплины «Физика II» является:

- научить студентов количественно формулировать и решать задачи, используя основные законы термодинамики и молекулярно-кинетической теории;

- обучить определенным навыкам и умениям экспериментального исследования молекулярных систем с использованием современных лабораторных приборов и информационных технологий.

Пререквизиты: Физика I Кореквизиты: Высшая математика  I. Постреквизиты  Статистическая физика и термодинамика Система оценки знаний студентов

Распределение рейтинговых процентов по дисциплине по видам контроля

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Таблица 1

Виды контроля

Проценты

Итоговый контроль

100

Рубежный контроль

100

Текущий контроль

100

Календарный график сдачи всех видов контроля по дисциплине «Физика II»

Таблица 2

Неделя

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Виды контроля

ЛР

СР

ЛР

СР

ЛР

СР

РК

ЛР

СР

ЛР

ЛР

ЛР

СР

РК

Недельное количество контроля

-

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

  1

1

Виды контроля: ЛР – лабораторная работа, СР – самостоятельная работа, РК – рубежный контроль.

Оценка знаний студентов

  Таблица 3

Оценка

Буквенный эквивалент

Рейтинговый балл

(в процентах %)

В баллах

Отлично

А

95–100

4

А–

90–94

3,67

Хорошо

В+

85–89

3,33

В

80–84

3,0

В–

75–79

2,67

Удовлетворительно

С+

70–74

2,33

С

65–69

2,0

С–

60–64

1,67

D+

55–59

1,33

D

50–54

1,0

Неудовлетворительно

F

0–49

0

3 Содержание дисциплины 

3.1 Распределение часов по видам занятий        

  Таблица 4

№

Наименование темы

Количество академических часов

Лекции

Практические

Лаб. работы

СРСП

СРС

1

Предмет молекулярной физики. Основные положения молекулярно-кинетической теории строения вещества.

2

2

6

4

6

2

Статистические распределения.

2

2

4

6

3

Первое начало начало термодинамики.

2

2

6

6

8

4

Второе начало термодинамики. Энтропия.

3

3

4

4

8

5

Явления переноса.

2

2

4

4

6

6

Реальные газы.

2

2

5

4

8

7

Свойства жидкости. Твёрдые тела.

2

2

5

4

9

Всего часов

15

15

30

30

45

3.2 График проведения занятий

Таблица 5

№

Дата

Время

Наименование тем

Лекции

1

Модуль 1

Введение. Предмет молекулярной физики. Основные положения молекулярно-кинетической теории строения вещества. Массы атомов и молекул. Количества вещества. Статистический и термодинамический методы изучения систем многих частиц. Термодинамические системы и параметры. Равновесные и неравновесные процессы. Краткий исторический обзор развития молекулярной физики и термодинамики.

2

Молекулярно-кинетическая теория. Идеальный газ. Давление газа. Температура. Способы их измерения, размерности и единицы измерений. Уравнение состояния идеального газа. Законы идеального газа. Средняя энергия молекул. Молекулярно-кинетический смысл температуры.

3

Статистические распределения. Микроскопические параметры. Вероятность флуктуации. Понятие функции распределения случайной величины. Плотность вероятности. Условие нормировки. Функция распределения Максвелла. Характерные скорости теплового движения молекул газа. Барометрическая формула. Распределение Больцмана.

4

Модуль 2

Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия термодинамической системы. Число степеней свободы молекулы. Работа и теплота. Первое начало термодинамики и его физическое содержание. Теплоёмкость. Классическая теория теплоёмкости идеального газа. Понятие о квантовой теории теплоемкости. Применение первого начала термодинамики и уравнения состояния идеального газа для описания изопараметрических процессов. Изопроцессы. Работа идеального газа при различных процессах. Адиабатический процесс. Политропный процесс.

5

Модуль 3

Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Круговые процессы. Работа при круговых процессах. Цикл Карно. Холодильная машина и нагреватель. Коэффициент полезного действия тепловой машины. Теоремы Карно. Неравенство Клаузиуса. Второе начало термодинамики. Применение циклов в технике.

6

Энтропия. Энтропия идеального газа. Физический смысл энтропии. Энтропия и необратимость. Энтропия и вероятность. Закон возрастания энтропии в замкнутых системах. Изменение энтропии в необратимых процессах. Изменение энтропии в изопараметрических процессах.

7

Модуль 4

Явления переноса. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул в газе. Диффузия в газах. Теплопроводность газов. Вязкость (внутренне трение) в газах. Общее уравнение переноса в газах. Экспериментальные методы исследования процессов переноса. Некоторые свойства разреженных газов.

8

Реальные газы. Отклонение свойств газов от свойств идеальных газов. Экспериментальные изотермы. Фазовая диаграмма газ-жидкость. Уравнения состояния неидеальных газов. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Метастабильные состояния. Критическая температура. Критическое состояние. Внутренняя энергия реального газа Ван-дер-Ваальса. Эффект Джоуля-Томсона. Получение низких и сверхнизких температур.

9

Свойства жидкости. Строение жидкости. Особенности жидкого состояния. Ближний и дальний порядок. Особенности явлений переноса в жидкостях. Свойства поверхностного слоя жидкости. Поверхностное натяжение. Явления на границе жидкости и твёрдого тела. Смачиваемость. Капиллярные явления.

10

Твёрдые тела. Кристаллическое и аморфное состояние вещества. Элементы симметрии кристаллов. Классификация кристаллов и кристаллографические системы. Элементарная ячейка. Решётка Браве. Теплоёмкость твёрдых тел. Классическая теория теплоёмкости. Закон Дюлонга и Пти. Квантовая теория теплоёмкости твёрдых тел. Жидкие кристаллы.

Лабораторные работы

1

Изучение и применение закона Бойля-Мариотта.

2

Определение постоянной Больцмана.

3

Определение показателя адиабаты для воздуха методом Клемана и Дезорма.

4

Определение отношения Сp/Cv в диапазоне температур резонансным методом.

5

Определение теплоёмкости металлов.

6

Зависимость вязкости жидкости от температуры.

7

Определение коэффициента теплопроводности металлов.

8

Определение коэффициента полезного действия нагревателя.

9

Определение размеров молекулы олеиновой кислоты.

10

Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости по счету капель.

11

Изучение зависимости коэффициента поверхностного натяжения от температуры.

12

Кривая фазового равновесия воды.

Практические занятия

1

Основное уравнение МКТ. Средняя энергия молекул.

2

Уравнение состояния идеального газа. Законы идеального газа.

3

Функция распределения Максвелла. Характерные скорости теплового движения молекул газа. Барометрическая формула. Распределение Больцмана

4

Контрольная работа

5

Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия термодинамической системы. Работа и теплота.

6

Число степеней свободы молекулы. Теплоёмкость.

7

Изопроцессы. Работа идеального газа при различных процессах. Адиабатический процесс.

8

Рубежный контроль

9

Второе начало термодинамики.

10

Цикл Карно

11

Изменение энтропии в изопараметрических процессах.

12

Общее уравнение переноса в газах.

13

Уравнение Ван-дер-Ваальса.

14

Свойства жидкости. Поверхностное натяжение. Смачиваемость. Капиллярные явления.

15

Рубежный контроль

3.3  Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов (СРС)

Методические рекомендации: Домашние задания выполняются по номерам задач из [ 7]. Номер варианта соответствует последней цифре номера зачётной книжки.

Задание 1, 2. Вычисление массы атомов и молекул, количество молей. Газовые законы. Молекулярно-кинетическая теория газов.

Вариант

Номера задач

1

8.1

8.10

8.21

9.1

9.11

2

8.2

8.11

8.20

9.2

9.12

3

8.3

8.12

8.27

9.3

9.13

4

8.4

8.13

8.26

9.4

9.14

5

8.5

8.14

8.25

9.5

9.15

6

8.6

8.15

8.24

9.6

9.16

7

8.7

8.16

8.23

9.7

9.17

8

8.8

8.17

8.22

9.8

9.18

9

8.9

8.18

8.21

9.9

9.19

10

8.10

8.19

8.20

9.10

9.20

Задание 3, 4. Распределение Максвелла. Распределение Больцмана.

Вариант

Номера задач

1

10.1

10.20

10.21

10.40

10.41

2

10.2

10.19

10.22

10.39

10.42

3

10.3

10.18

10.23

10.38

10.43

4

10.4

10.17

10.24

10.37

10.44

5

10.5

10.16

10.25

10.36

10.45

6

10.6

10.15

10.26

10.35

10.46

7

10.7

10.14

10.27

10.34

10.45

8

10.8

10.13

10.28

10.33

10.44

9

10.9

10.12

10.29

10.32

10.43

  10

10.10

10.11

10.30

10.31

10.42

Задание 5, 6. Первое начало термодинамики. Изопараметрические процессы.

Вариант

Номера задач

1

11.11

11.30

11.31

11.41

11.1

2

11.12

11.29

11.32

11.42

11.2

3

11.13

11.28

11.33

11.43

11.3

4

11.14

11.27

11.34

11.44

11.4

5

11.15

11.26

11.35

11.45

11.5

6

11.16

11.25

11.36

11.46

11.6

7

11.17

11.24

11.37

11.47

11.7

8

11.18

11.23

11.38

11.48

11.8

9

11.19

11.22

11.39

11.49

11.9

10

11.20

11.21

11.40

11.50

11.10

Задание 7, 8. Второе начало термодинамики. Энтропия.

Вариант

Номера задач

1

11.53

11.73

11.55

11.72

11.59

2

11.54

11.72

11.56

11.71

11.60

3

11.55

11.71

11.57

11.70

11.61

4

11.56

11.70

11.59

11.69

11.62

5

11.57

11.69

11.60

11.68

11.63

6

11.59

11.68

11.61

11.67

11.75

7

11.60

11.67

11.62

11.66

11.74

8

11.61

11.66

11.63

11.65

11.59

9

11.62

11.65

11.75

11.64

11.60

10

11.63

11.64

11.74

11.65

11.61

Задание 9, 10. Явления переноса. Реальные газы. Фазовые превращения.

Вариант

Номера задач

1

10.47

10.66

10.67

12.10

12.11

2

10.48

10.65

10.68

12.9

12.12

3

10.49

10.64

10.69

12.8

12.13

4

10.50

10.63

10.70

12.7

12.14

5

10.51

10.62

10.71

12.6

12.15

6

10.52

10.61

10.72

12.5

12.16

7

10.53

10.60

10.73

12.4

12.17

8

10.54

10.59

10.74

12.3

12.18

9

10.55

10.58

10.75

12.2

12.19

10

10.56

10.57

10.76

12.1

12.20

3.4 Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов под руководством преподавателя (СРСП)

Задание 1. Вычисление массы атомов и молекул. Определение количества молей для различных молекулярных систем.

Форма проведения: тренинг, решение задач.

Методические рекомендации: уметь вычислять размеры атомов и молекул, количества молей для различных элементов.

Литература: [1, 2, 3,13.]

  Задание 2. Газовые законы. Уравнение Клапейрона-Менделеева.

Форма проведения: тренинг, решение задач.

Методические рекомендации: изучить уравнение Клапейрона-Менделеева.

Литература: [1, 2, 3, 13].

  Задание 3. Элементы статистической физики. Распределение Максвелла. Форма проведения: тренинг, решение задач.

Методические рекомендации: изучить распределение Максвелла, закон распределения молекул по скоростям.

Литература: [1, 2, 3, 12].

Задание 4. Распределение Больцмана.

Форма проведения: тренинг, решение задач.

Методические рекомендации: изучить закон распределения Больцмана.

Литература: [1, 2, 3, 14, 16].

Задание 5. Первое начало термодинамики. Изопараметрические процессы.

Форма проведения: тренинг, решение задач.

Методические рекомендации: Уметь применять к изопроцессам первый закон термодинамики.

Литература: [1, 2, 3, 14, 16].

Задание 6. Второе начало термодинамики. Энтропия.

Форма проведения: тренинг, решение задач.

Методические рекомендации: изучить обратимый цикл Карно, уметь рассчитывать изменение энтропии.

Литература: [1, 2, 3,12].

Задание 7. Явления переноса. Реальные газы. Фазовые превращения.

Форма проведения: тренинг, решение задач.

Методические рекомендации: изучить связь между коэффициентами переноса. Изучить связь между параметрами критического состояния и постоянными Ван-дер-Ваальса.

Литература: [1, 2, 3, 13, 14, 17].

4  Список литературы

Основная

Матвеев физика. М. ВШ. 1987. , Кикоин физика. М. Наука, 1976. Савельев общей физики. Механика. Молекулярная физика, 

  т. 1. М. Наука. 1989.

Сивухин курс физики, т.2. Термодинамика и молекулярная физика, М.:Наука,1979. , Яворский физики. М.: Высшая школа, 1989.   Задачи по общей физике М: Наука, 1999. адачник по физике. М.: Высшая школа, 1981. Сулеева и молекулярная физика. 2006. Сулеева и молекулярная физика. Физ. практикум 2004. Kumekov S. E. General Physics (Crash Course). 64 pg., Kazakh National

  Тechnical University. Department of the General and Theoretical Physics, 

  Almaty, 2006.

Дополнительная

Телеснин физика. М. ВШ., 1973. ейнмановские лекции по физике.

  т.4, Кинетика. Теплота. Звук. М. Мир., 1978.

татистическая физика. Берклеевский курс физики. т.5, пер.

  с англ., Наука, физ. мат. лит., 1972.

R. A.Serway, J. W.Jewett. Physics for Scientists and Engineers. 6th Edition.

  Thomas Brooks/Cole, 2004, P.1382.



       СОДЕРЖАНИЕ
Общие положения

3
Цели и задачи дисциплины

3
Цели преподавания дисциплины

3
Задачи изучения дисциплины

3
Пререквизиты

3
Кореквизиты

3
Постреквизиты

3
Система оценки знаний студентов

4
Содержание дисциплины

4
Распределение часов по видам занятий

4
       График проведения занятий

4
Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов (СРС)

6

3.4  Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов под

  руководством преподавателя (СРСП)

8

4 Список литературы

9