Термодинамика и основы статистической физики
Автор программы: доцент, д. ф.-м. н., Синицын В.В.
Цель дисциплины: дать студенту систематическое изложение статистической физики вместе с термодинамикой, и обучить соответствующим методам, основанных на статистическом и феноменологическом рассмотрении различных физических явлений, включая наносистемы и системы с низкой размерностью.
Задачи: развитие у студентов навыков физического мышления, умения ставить и решать задачи по статистической физике и термодинамике сложных систем, понимание общих термодинамических и статистических закономерностей макроскопических и наносистем, свободно владеть основными определениями и терминологией в рамках данного курса.
Краткое содержание дисциплины:
1 | Основные положения термодинамики. Первый закон термодинамики, второй закон термодинамики, основное уравнение термодинамики для равновесных процессов, энтропии, парадокс Гиббса. |
2 |
Второе начало термодинамики для неравновесных процессов. Пределы применимости второго закона термодинамики. Третий закон термодинамики. Следствия третьего закона термодинамики. Вычисление энтропии и поведение теплоемкостей при Т→0 К. |
3 |
Термодинамические потенциалы. Преобразование Лежандра. Якобианы. Соотношения Максвелла. Термодинамические системы. |
4 |
Условия термодинамического равновесия и устойчивости. Условия равновесия двухфазной однокомпонентной системы. Принцип Ле Шателье – Брауна. |
5 |
Термодинамика гальванических и топливных элементов. Охлаждение газа при обратимом и необратимом адиабатных расширениях. Эффект Джоуля—Томсона. |
6 |
Основные уравнения термодинамики для диэлектриков. Уравнения систем в магнитном поле. |
7 |
Равновесие гомогенной системы. Равновесие гетерогенной системы. Правило фаз Гиббса. Тройная точка. Равновесие бинарных систем. Классификация фазовых переходов. Критические и закритические явления. |
8 |
Термодинамические свойства переохлажденной воды. Теория второй критической точки воды на основе нанокластерного модели. Аномалии удельного объема. Теплоемкости. К.Т.Р. и сжимаемости для переохлажденной воды. |
9 |
Теория Ландау фазовых переходов второго рода. Термодинамический потенциал, энтропия, теплоемкость. |
10 |
Фазовые переходы второго рода в сегнетоэлектриках, суперионные фазовые переходы. |
11 |
Локальное равновесие и основное уравнение термодинамики для неравновесных процессов. Уравнения баланса и законы сохранения. Термодинамика линейных необратимых процессов. Термоэлектрические явления. |
12 |
Распределение Гиббса. Распределение Максвелла. Свободная энергия в распределении Гиббса. Распределение Гиббса с переменным числом частиц. Статистическое определение температуры наночастицы. |
13 |
Распределение Больцмана, свободная энергия больцмановского идеального газа, статистическое уравнение состояния идеального газа, уравнение Больцмана, кинетическая теория, статистика Больцмана, дефекты решетки. |
14 |
Распределение Ферми, вырожденный электронный газ, теплоёмкость электронного газа. Особенности одномерного и двумерного ферми-газа. |
15 |
Распределение Бозе, вырожденный Бозе-газ, конденсация Бозе – Эйнштейна, теплоёмкость кристаллической решетки, классическая модель для вычисления энергии решетки, модель Эйнштейна, модель Дебая (низкие температуры), флуктуации энергии. |
Общая трудоемкость дисциплины: 4 зачетные единицы.
Форма промежуточной аттестации: экзамен, зачет.