Учебно-методический комплекс по дисциплине ОПД. Ф.017 Теоретическая физика: Термодинамика, статистическая физика (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУВПО «Марийский государственный университет»
Физико-математический факультет

Кафедра теоретической и прикладной физики

УТВЕРЖДАЮ

Декан физико-математического
факультета

«24» ноября 2009 г.

//

(подпись/Ф. И.О)

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ОПД. Ф.017 Теоретическая физика: Термодинамика, статистическая физика

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ/НАПРАВЛЕНИЕ

010701– Физика

(код и наименование специальности/направления в соответствии с лицензией)

Составитель        , старший преподаватель

(должность, Ф. И.О., ученая степень, звание автора программы)

Йошкар-Ола

2009

УТВЕРЖДЕНО на заседании кафедры теоретической и прикладной физики (название кафедры) Протокол № 4 от «20» ноября 2009 г. Зав. кафедрой  // (подпись/Ф. И.О)

УТВЕРЖДЕНО на заседании УМК Протокол № 1 (ВЗ) от «23» ноября 2009 г. Председатель УМК  /  / (подпись/Ф. И.О)

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

I Рабочая программа учебной дисциплины        4-15

II Методические рекомендации по изучению учебной дисциплины        16

III Учебно-методические материалы        16-19

IV Материалы текущего контроля, промежуточной аттестации и итогового контроля знаний        19-61

V Словарь терминов и персоналий        

VI Программа государственного экзамена, итогового междисциплинарного экзамена        

VII Программное и методическое обеспечение практики        

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУВПО «Марийский государственный университет»

Физико-математический факультет

УТВЕРЖДАЮ

Декан физико-математического факультета

//

(подпись/Ф. И.О.)

«24» ноября 2009 г.

I РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Учебная дисциплина Теоретическая физика: Термодинамика, статистическая физика

ОПД. Ф.017

(наименование)

Специальность        010701 – Физика

(код и наименование в соответствии с лицензией)

Кафедра        теоретической и прикладной физики

(название)

Курс        4        семестр        7        форма обучения  очная

Лекции        36

(кол-во часов)

Практические занятия        18

(кол-во часов)

Лабораторные занятия        –

(кол-во часов)

Самостоятельная работа        46

(кол-во часов)

Курсовая работа (проект)        –

(семестр)

Зачет        7

(семестр)

Экзамен        –

(семестр)

Программа разработана        Андреевым Алексеем Ивановичем, старшим преподавателем

(должность, Ф. И.О., ученая степень, звание автора программы)

Йошкар-Ола

20

Рекомендована к утверждению        Рассмотрена и одобрена на

решением учебно-методической        заседании кафедры

комиссии (учебно-методического        теоретической и прикладной

совета) физико-математического                физики                                

       факультета                        (название кафедры)

(название факультета / института, специальности)

протокол заседания № 1        от        протокол заседания № 4 от

«11» сентября 2009 г.        «20» ноября  2009 г.

                       

       (подпись, Ф. И.О. председателя)                (подпись, Ф. И.О., зав. кафедрой)        

СОГЛАСОВАНО с выпускающей кафедрой        общей физики

       (название кафедры)

протокол заседания № 1        от «31» августа 2009 г.

       (Ф. И.О. зав. кафедрой, подпись)

Сведения о переутверждении рабочей программы учебной дисциплины

на очередной учебный год и регистрация изменений

Учебный год	Решение кафедры (№ протокола, дата заседания кафедры, Ф. И.О., подпись зав. кафедрой)	Автор изменения (Ф. И.О., подпись)	Номер изменения

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

1.1 Требования государственного образовательного стандарта к содержанию данной дисциплины

ОПД. Ф.01	Теоретическая физика.
Термодинамика Основные законы и методы термодинамики, начала термодинамики, термодинамические потенциалы, уравнения и неравенства. Условия устойчивости и равновесия, фазовые переходы. Основы термодинамики необратимых процессов, соотношения Онсагера, принцип Ле-Шателье.
Статистическая физика Основные представления, квантовые и классические функции распределения. Общие методы равновесной статистической механики, канонические распределения. Теория идеальных систем. Статистическая теория неидеальных систем. Теория флуктуаций. Броуновское движение и случайные процессы.

1.2 Цели, учебные задачи дисциплины, место и роль учебной дисциплины в подготовке специалиста

Профессиональная деятельность специалиста по специальности "Физика", изучавшего курс " Термодинамика и статистическая физика” направлена на возможность освоения математических методов современной теоретической физики конденсированного состояния вещества на современном уровне и их анализ.

В результате изучения курса «Термодинамика и статистическая физика» студент-физик должен:

иметь представление

• о состоянии развития науки в области равновесной термодинамики; • о способах классификации и видах термодинамических систем; • о прикладном значении термодинамики и статистической физики; • о современных тенденциях развития равновесной термодинамики; • о месте термодинамики среди других наук.

знать

• основы термодинамического подхода при решении научно-исследовательских и практических задач; 

• основные понятия, определения и законы равновесной термодинамики, как метода исследования макроскопических систем; • методологические основы описания макроскопических систем, процессов, с учетом их взаимосвязи и взаимодействия, как с феноменологической так и с теоретической точек зрения.

уметь

• проводить анализ и классификацию термодинамических систем; • формулировать цели исследования и принципы функционирования равновесных термодинамических систем; • выполнять оценку характеристических функций и основных параметров при исследовании термодинамических систем; • использовать методы равновесной термодинамики для изучения термодинамических свойств макроскопических систем, находящихся под воздействием внешних факторов (давление и температура).

1.3 Виды учебной деятельности студентов

Студенты изучают данный курс, слушая лекции, решая задачи на практических занятиях, осваивая часть материала самостоятельно.

1.4 Контроль знаний студентов

Контроль знаний осуществляется путем проведения контрольных работ в виде тестовых заданий, индивидуальных домашних контрольных работ, включающих в себя набор задач.

1.5 Другие пояснения автора

2. СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ

ВВЕДЕНИЕ

Термодинамика и статистическая физика как физические теории. Тепловой формы движения материи. Краткие исторические сведения об основных этапах развития термодинамики и молекулярно-кинетической теории.

1. АКСИОМАТИКА МАКРОСКОПИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ И ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ

Термодинамические системы и их основные особенности. Состояние термодинамического равновесия и нулевое начало термодинамики. Понятие температуры. Задание системы с помощью уравнений состояния. Физические ограничения термодинамической теории. Квазистатические процессы. Принцип максимальной работы. Дифференциальная форма первого начала термодинамики. Второе начало термодинамики в формулировках Кельвина и Клаузиуса. Исторические формулировки второго начала. Системы уравнений для расчета внутренней энергии, энтропии и химического потенциала. Третье начало термодинамики. Калорические свойства термодинамических систем в области низких температур. Недостижимость абсолютного нуля температуры. Второе начало термодинамики для неравновесных процессов. Термодинамическое описание газов, магнетиков и диэлектриков. Термодинамика равновесного излучения.

Термодинамические потенциалы и их экстремальные свойства. Условия равновесия и устойчивости однородной системы. Условие равновесия однофазной системы во внешнем поле. Общие условия равновесия фаз в термодинамических системах. Фазовые переходы 1-го и 2-го родов, фазовые переходы лямбда-типа. Полуфеноменологическая теория фазовых переходов и критических явлений и ее обобщения. Представление о подобии этих явлений и критические индексы. Условия химического равновесия.

2. OСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ РАВНОВЕСНЫХ СИСТЕМ

Задание системы многих частиц в микроскопической теории. Микроскопическое состояние термодинамической системы как смешанное состояние. Матрица плотности. Микроканоническое распределение Гиббса для адиабатически изолированной системы. Статистический вес и энтропия. Каноническое распределение Гиббса для системы в термостате. Статистическая сумма и свободная энергия системы. Распределение по состояниям и по энергии. Связь статистической суммы и статистического веса (теорема обращения статсуммы). Большое каноническое распределение Гиббса для равновесной системы с нефиксированным числом частиц. Большая статистическая сумма и термодинамический потенциал омега. Квазиклассический переход к статистической механике классических систем. Критерий невырожденности статистической системы. Интегралы состояний и канонические распределения в классической статистической механике. Распределение Максвелла и Максвелла-Больцмана. Теорема о равнораспределении средней энергии по степеням свободы и теорема о вириале.