Учебно-методический комплекс дисциплины «Статистическая физика и основы физической кинетики» для специальности 5В011000 - «Физика» Учебно — методические материалы (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА г. Семей
Документ СМК 3 уровня	УМКД	УМКД 042-18-38.1.64/01-2014
УМКД УМКД Учебно-методические материалы по дисциплине «Статистическая физика и основы физической кинетики»	Редакция № 2 от 01.01.2001 г

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ДИСЦИПЛИНЫ

«Статистическая физика и основы физической кинетики»

для специальности  5В011000 - «Физика»

УЧЕБНО – МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Семей

2014

Содержание

1.  Глоссарий  3

2. Лекции  6

3. Практические и лабораторные занятия  89

4. Самостоятельная работа студента  100

ГЛОССАРИЙ

бозе-газ – по имени индийского физика III. Бозе (Sh. Bose), квантовый газ из микрочастиц с нулевым или целочисленным спином, подчиняющийся Бозе-Эйнштейна статистике.

бозе-эйнштейна статистика – квантовая статистика, применяемая к системам частиц с нулевым или целочисленным спином (0,1,2...в един. ).

бозе-эйнштейна конденсация – квантовое явление в системе бозонов, состоящее в том, что при температуре ниже так называемой  вырождения температуры часть частиц системы скапливается в состоянии с нулевым импульсом (если система как целое покоится); названо по аналогии с процессом конденсации молекул пара в жидкость при его охлаждении.

бозе-эйнштейна распределение – в случае статистического равновесия среднее число таких частиц в состоянии с энергией (выше вырождения температуры) определяется Бозе-Энштейна распределением: , где - набор квантовых чисел, характеризующих состояние частицы, - химический потенциал.

бозон – частица или квазичастица с нулевым или целочисленным спином. Бозоны подчинаются статистике Бозе – Эйнштейна (отсюда – название частицы).

большое каноническое распределение – если выбрать в качестве подсистемы определенный элемент объема всей системы, через поверхность которого частицы могут покидать подсистему и возвращаться в нее, то вероятность нахождения подсистемы в состоянии с энергией и числом частиц дается формулой большого канонического распределения Гиббса:

в которой параметр - химический потенциал, определяющий среднее число частиц в подсистеме; величину определяют из условия нормировки.

больцмана статистика – статистический метод описания физических свойств систем, содержащих большое число невзаимодействующих частиц, движущихся по законам классической механики (то есть свойств классического идеального газа).

борновское приближение -  в теории рассеяния (столкновения) частиц, состоит в вычислении амплитуды рассеяния микрочастиц (или сечения) в первом порядке теории возмущений.

больцмана распределение – статистически равновесная функция распределения по импульсам р и координатам частиц идеального газа, молекулы которого движутся по законам классической механики, во внешнем  потенциальном поле:

.

второе начало термодинамики – невозможен процесс, при  котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более нагретым.

идеальный газ – теоретическая модель газа, в которой не учитывается взаимодействие частиц газа (средняя кинетическая энергия частиц много больше энергии их взаимодействия).

каноническое распределение Гиббса – распределение вероятностей состояний статистического ансамбля систем, которые находятся в тепловом равновесии со средой (термостатом) и могут обмениваться с ней энергией при постоянном объеме и постоянном числе частиц (то есть статистическое распределение для канонического ансамбля Гиббса).

квантовая статистика -  раздел статистической физики, исследующей системы многих частиц, подчиняющихся законам квантовой механики.

кинетическое уравнение – описание сильно неравновесных состояний,  а также вычисление кинетических коэффициентов производятся при помощи кинетического уравнения. Оно представляет собой интегродифференциального уравнение для одночастичной функции распределения, которая получается из введенной - частичной функции распределения интегрированной по координатам и импульсам всех частиц, кроме одной.

кинетическое уравнение Больцмана – описывающее установление равновесия в газе за счет столкновений между молекулами.

неравновесные процессы – в термодинамике и статистической физике, физические процессы, включающие неравновесные состояния.

неравновесное  состояние – в термодинамике – состояние системы, выведенной из равновесия термодинамического, в статистической физике – из состояния статистического равновесия.

переноса явления – необратимые процессы, в результате которых в физической системе происходит пространственный перенос  электрического заряда, массы, импульса, энергии, энтропии или какой-либо другой физической величины. переноса явления описываются кинетическими уравнениями.

равновесные состояния – равновесным является такое состояние изолированной системы, в которое она переходит по истечении достаточно большого промежутка времени. Это время, называется временем релаксации.

реальный газ -  газ, свойства  которого (в отличие от идеального газа) зависят от взаимодействия молекул.

резерфорда формула – формула для эффективного сечения рассеяния нерелятивистских заряженных точечных частиц, взаимодействующих по закону Кулона.

релаксация –(уменьшение), процесс установления равновесия термодинамического в макроскопических физических системах (газах, жидкостях, твердых телах). 

спин – собственный момент количества движения элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого.

статистический вес – в квантовой механике и квантовой статистике – число различных квантовых состояний с данной энергией, то есть кратность вырождения состояния.

статистическая механика – то же, что статистическая физика.

статистическая сумма – величина (Z), обратная нормирующему множителю канонического распределения Гиббса в квантовой статистической физике и равная сумме по квантовым состояниям, где - энергия системы в квантовых состоянии .

статистическая физика – раздел физики, посвященный изучению свойств макроскопических тел, то есть систем, состоящих из очень большого числа одинаковых частиц (молекул, атомов, электронов и так далее), исходя из свойств этих частиц и взаимодействий между ними.

статистический ансамбль – совокупность очень большого числа одинаковых физических систем многих частиц («копий» данной системы), находящихся в одинаковых макроскопических состояниях; при этом микроскопические состояния системы могут различаться, но совокупность их обязательно должна отвечать заданным значениям макроскопических параметров, определяющих ее макроскопическое  состояние.

статистическая термодинамика – равновесная статистическая термодинамика раздел статистической физики, посвященный обоснованию законов термодинамики равновесных процессов (на основе статистической механики Дж. У. Гиббса) и вычислениям термодинамических характеристик физических систем (потенциалов термодинамических и другие), уравнения состояния на основе законов взаимодействия составляющих эти системы частиц.

термодинамика – наука о наиболее общих свойствах макроскопических физических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и о процессах перехода между этими состояниями.

термостат – (от греческого therme – тепло и statos – стоящий, неподвижный), прибор для поддержания постоянной температуры.

термодинамическая система – совокупность макроскопических тел, которые могут взаимодействовать между собой и с другими телами (внешней средой) – обмениваться с ними энергией и веществом.

третье начало термодинамики – энтропия всех тел в состоянии равновесия  стремится к нулю по мере приближения температуры к абсолютному нулю (поскольку универсальную константу в выражении энтропии можно положить равной нулю).

ферми-газ – газ из частиц с полуцелым (в единицах ) спином, подчиняющийся Ферми-Дирака статистике.