Задание (1247447), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Структура и содержание дисциплины курса «Термодинамика и молекулярная физика»Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единиц, 136 часов.1Неделя семестраРазделдисциплиныСеместр№п/пВведение. Агрегатные со- 2- 1-ястояния и характер дви- йжения в газах, жидкостяхФормы теВиды учебной работы, включаякущего имостоятельную работу студентов итрудоемкость (в часах)контроляуспеваемости(по неделямсеместра)Формапромежуточной аттестации(по семестрам)В началеЛек- ПракСамостоятельнаякаждогоции, тичеработа студентов2 ча- скиеочередного(в т.ч.
время, пре7www.phys.nsu.ru2и твердых телах. Идеальный газ. Давление идеального газа. Температура икинетическаяэнергия.Уравнениесостояния ицеального газа (уравнениеКлапейронаМенделеева). ПостояннаяБольцмана, число Авогадро.Распределение молекул поскоростям. Одномерное итрёхмерное распределениеМаксвелла.Средняя,среднеквадратичнаяинаиболее вероятная скорости молекул. Числостолкновений со стенкой.Распределение по скоростям молекул в потоке,средняя скорость и энергия частиц в потоке. Экспериментальная проверкараспределения Максвелла.сазанятия,4 часадусмотренное насдачу семестровыхдомашних заданий),2,5 часа2-я2 часалекций4 часасеминаров2,5 часа3Барометрическая формулаи атмосфера Земли.
Распределение Больцмана.Опыты Перрена по определению постояннойБольцмана и числа Авогадро. Центрифугирование, разделение изотопов.3-я2 часалекций4 часасеминаров2,5 часа4Распределение Максвелла–Больцмана. Электростатическая поляризациягазов. Нахождение средней энергии с помощью Zсуммы. Теория теплоемкостей. Число степенейсвободы. Закон равнораспределения энергии постепеням.
Вымораживание степеней свободы.Характеристические температуры для колебательного, вращательного и поступательного движений.4-я2 часалекций4 часасеминаров.2,5 часа5Столкновения молекул вгазе. Частота соударений,длина свободного пробега5-я2 часалек-4 часасеминаров2,5 часа8занятия проверка задач,заданных надом.www.phys.nsu.ru6789и эффективное сечение.Рассеяние молекулярныхпучков, распределение подлинам пробега и средняядлина свободного пробега. Химические превращения и химическая кинетика.Явления переноса. Принцип локального равновесия. Диффузия, теплопроводность и вязкость газов.Связь между коэффициентами переноса и их зависимость от температуры иплотности.
Течение вязкой жидкости. ФормулыПуазейля и Стокса. Процессы переноса в ультраразреженном газе.Подвижность. Связь между коэффициентами подвижности и диффузии.Броуновское движение, флаЭйнштейнаСмолуховского.Термодинамический подход к описанию молекулярных явлений. Термодинамическое равновесие.Уравнение состояния. Работа, внутренняя энергия,количество теплоты.
Первое начало термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Теплоёмкость. Изотермическое,изобарическое и адиабатическое расширение исжатие идеальных газов,политропический процесс.Скорость звука в идеальном газе.Циклическиепроцессы.Преобразование теплоты вработу, КПД циклов. Теорема Карно. Цикл Карно.Второе начало термодинамики для обратимыхпроцессов.Эквивалентность различных формулировок второго началаций6-я2 часалекций4 часасеминаров2.5 часа7-я2 часалекций4 часасеминаров2.5 часаКонтрольнаяработа.8-я2 часалекций4 часасеминаров2.5 часаРазбор контрольнойработы.9-я2 часалекций4 часасеминаров2,5 часа9www.phys.nsu.ruтермодинамики.10Теорема о приведённыхтеплотах. Термодинамическая шкала температури ее тождественность сидеально-газовой шкалой.Энтропия – функция состояния.
Закон возрастания энтропии. Тепловыенасосы,холодильная ишина.10я2 часалекций4 часасеминаров2,5 часа11Энтропия идеального газа.Изменение энтропии в неравновесныхпроцессах(контакт тел с разнымитемпературами, смешениегазов, парадокс Гиббса,расширение в пустоту).Физический (статистический) смысл энтропии,формула Больцмана.11я2 часалекций4 часасеминаров2,5 часа12Термодинамические потенциалы и условия термодинамической устойчивости. Интенсивные и экстенсивные переменные.Реальные газы. Межмолекулярное взаимодействие.ГазВан-дер-Ваальса.Уравнениесостояния,сжимаемость газов. Охлаждение газов.
ПроцессыГей–Люссака и Джоуля–Томсона. Изоэнтальпическое расширение газа Вандер-Ваальса. Кривая инверсии. Температура инверсии и температураБойля для газа Ван-дерВаальса. Методы получения низких температур исжижение газов.12я2 часалекций4 часасеминаров2,5 часа13я2 часовлекций4 часасеминаров2,5 часа1314Фазовые равновесия ипревращения.Условиеравновесия фаз химическиоднородноговещества.Фазовые переходы первого рода. Зависимость дав10www.phys.nsu.ruления насыщенных паровот температуры. УравнениеКлапейрона–Клаузиуса. Правило Максвелла.
Теплоемкость насыщенного пара. Термодинамическое понятие офазовых переходах второго рода. Тройные точки,диаграммысостояния.Метастабильные состояния (перегрев, переохлаждение).15Поверхностное натяжениежидкости. Краевой угол.Капиллярныеявления.Формула Лапласа. Термодинамика поверхностногонатяжения. Давление паранад искривленной поверхностью. Растворы. Растворимость тел. Кипение изамерзаниерастворов.Ионная сила растворов.Осмос и осмотическоедавление. Закон Рауля.Значение осмоса для живых организмов.16Жидкости,кристаллы,аморфные тела, пластические кристаллы, жидкиекристаллы.
Коллоиды иаэрозоли. Межмолекулярные и специфическиевзаимодействия в биологии, явление узнаванияСамоорганизующиесясистемы. Пленки Ленгмюра-Блоджетт, ицелллы, биологическиемембраны.ИтогоКонтрольнаяработа32часа64 часа40 часовЭкзамен проводится только после полной сдачи заданий.5. Примерный план семинарских занятий(номера задач даются по ссылке [14] из списка литературы, см. раздел 11 настоящей Программы)11www.phys.nsu.ruМолекулярно-кинетическая теория1. Распределение Максвелла по скоростям. Системы координат: декартовая,цилиндрическая, сферическая. Графики функций распределения молекул по компонентескорости vx и по абсолютной величине скорости. Распределение молекул по энергиям.Задачи: № 2.6, 2.8.2. Средние значения скорости и энергии молекул.
Флуктуации параметров. Доля молекул,скорости которых больше заданной.Задачи: № 2.7, 2.9, 2.10, 2.12.3. Давление идеального газа. Распределение молекул по скоростям в потоке. Средняя скорость и энергия частиц в потоке.Задачи: № 2.15, 2.16, 2.17, 2.18, 2.19, 2.20, 2.21, 2.30, 4.28.4. Силовое воздействие молекулярного потока.Задачи: № 2.28, 2.32, 4.27.5. Распределения в потоке для различных физических систем.Задачи: № 2.24, 2.25, 2.27, 2.29, 2.31, 2.33, 4.26.6.
Применение статистических методов для анализа физических систем.Задачи: № 2.13, 4.23, 4.24, 4.25, 2.14, 2.34.7. Распределение Больцмана для различных физических систем в поле тяжести.Задачи:Найти распределение газа в “толстой” изотермической атмосфере планеты (толщина атмосферы сравнима с радиусом планеты). Исследовать предельный случай тонкой атмосферы.№ 2.37, 2.36, 2.38, 4.30, 2.39, 2.40, 2.43, 4.31, 2.48, 4.32.8.
Распределение частиц по радиусу в центрифуге. Распределение Максвелла- Больцмана.Формула для средней энергии. Полная средняя энергия частиц.Задачи: № 2.44, 4.33, 2.41, 2.49.9. Теплоемкость одноатомного и многоатомного газов в классическом приближении. Расчеттеплоемкости для системы с произвольным сплошным энергетическим спектром.Задачи: № 2.53, 2.54, 4.34, 2.55, 2.56, 2.60, 2.6110. Теплоемкости квантовых систем (низкие температуры). Определение температур вымораживания колебательных и вращательных степеней свободы для двухатомных молекул.Задачи: № 2.63, 2.64, 2.66, 2.67, 2.70, 2.7111.
Одноатомный газ. Распределение по относительным скоростям. Столкновение молекул.Длина свободного пробега.Задачи: № 3.2-3.4.12. Столкновение молекул. Смесь газов. Распределение по длинам свободного пробега.Задачи: № 4.35, 4.36, 3.5, 3.7, 4.37.13. Явления переноса в плотном газе: диффузия, теплопроводность, вязкость. Оценочные значения коэффициентов переноса. Диффузия.Задачи: № 3.8, 3.12, 3.9.12www.phys.nsu.ru14. Стационарный теплообмен и ламинарное течение.Задачи: № 3.13, 3.15, 3.16, 3.18, 3.21, 3.22.15. Явления переноса в ультраразреженных газах. Нестационарные процессы.Задачи: № 3.24, 3.25, 3.26, 3.28, 3.29.16.
Явления переноса в ультраразреженных газах. Стационарные процессы.Задачи: №3.34—3.36, 3.38.17. Броуновское движение и подвижность.Задачи: № 3.42 — 3.45.18. Контрольная работа (2 часа).Законы термодинамики19. Работа и количество теплоты. Внутренняя энергия системы. Первое начало термодинамики. Равновесные процессы. Теплоемкость.Задачи:Для одного моля идеального газа рассмотреть следующие равновесные процессы: изохорический, изобарический, изотермический, адиабатический и политропический. Получитьуравнение каждого процесса в переменных p, V. Вычислить: работу A, совершенную газом;количество теплоты Q, полученное им; изменение внутренней энергии U; теплоемкость C.Получить соотношение Майера.
Считать молярные теплоемкости Cp и CV известными и постоянными.№ 1.8, 1.12, 1.14.20. Работа и количество теплоты. Внутренняя энергия системы. Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Неравновесные процессы.Задачи: № 1.22, 4.4, 1.17, 1.20.21. Циклические процессы. Цикл Карно.Задачи: № 1.23, 1.24, 1.25, 4.6, 4.8.22. Цикл Карно. Неравенство Клаузиуса. Получение максимальной работы.Задачи: № 1.27, 1.28, 1.29, 1.30, 1.31.23.
Неравенство Клаузиуса. Метод циклов.Задачи: № 1.35, 1.39, 1.40, 1.41, 1.42.24. Энтропия — функция состояния.Задачи:Для одного моля идеального газа рассмотреть следующие равновесные процессы: изохорический, изобарический, изотермический, адиабатический и политропический. Вычислитьизменение энтропии S.№ 1.43, 1.44.25.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
