Молекулярная физика

Тема

Л/р

Предмет молекулярной физики. Термодинамический и статистический подход к изучению макроскопических систем.

Основные представления молекулярно–кинетической теории газов. Экспериментальное обоснование молекулярно–кинетической теории вещества. Давление газа. Абсолютная температура. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы.

3

Основное уравнение кинетической теории газов. Постоянная Больцмана. Молекулярно–кинетическое истолкование абсолютной температуры и давления. Измерение температуры.

3

Измерение скоростей молекул, опыт Штерна. Распределение скоростей по Максвеллу.

Барометрическая формула. Распределение Максвелла–Больцмана. Экспериментальное определение постоянной Авогадро.

3

Распределение энергии молекул по степеням свободы. Флуктуации в идеальном газе.

Явление переноса в газах. Средняя длина и среднее время свободного пробега молекул. Диффузия.

6

Внутреннее трение. Теплопроводность. Теплопроводность и внутреннее трение при низком давлении, технический вакуум. Методы измерения низких давлений.

3

Основы термодинамики. Термодинамическая система. Термодинамическое равновесие. Параметры состояния. Внутренняя энергия. Взаимодействие термодинамических систем.

3

Работа и теплота как формы обмена энергией между системами. Квазистатические процессы. Первый закон термодинамики и его применение к изопроцессам.

3

Теплоемкость. Классическая теория и эксперимент. Вывод уравнения адиабаты. Скорость звука в газе.

6

Второй закон термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Тепловые машины. Цикл Карно. Теоремы Карно. Реальные циклы. Неосуществимость вечных двигателей.

Энтропия. Приведенная теплота. Свободная энергия. Статистическое истолкование второго закона термодинамики.

Теорема Нернста. Недостижимость абсолютного нуля.

Реальные газы. Экспериментальные изотермы реального газа. Уравнение Ван–дер–Ваальса. Сопоставление изотерм Ван–дер–Ваальса с экспериментальными изотермами.

3

Критическое состояние. Закон соответственных состояний.

3

Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля–Томсона. Сжижение газов и получение низких температур.

Свойства жидкого состояния. Близкий порядок. Фундаментальные эксперименты. Поверхностный слой. Поверхностное натяжение. Смачивание.

3

Формула Лапласа. Капиллярные явления. Давление насыщенных паров над мениском.

3

Растворы, вода, особенности физических свойств. Осмотическое давление.

3

Твердые тела. Аморфные и кристаллические тела. Дальний порядок в кристаллах. Классификация кристаллов по типу связей, анизотропия кристаллов.

Фазовые переходы. Равновесие жидкости и пара. Влажность. Уравнение Клапейрона–Клазиуса.

Упругие свойства кристаллов. Тепловые свойства кристаллов, тепловое расширение. Плавление и кристаллизация.

3

Дефекты в кристаллах. Жидкие кристаллы (классификация, тепловые свойства, полиморфизм).

Диаграмма равновесия твердой, жидкой и газовой фаз. Тройная точка.

3

Теплоемкость кристаллов. Закон Дюлонга и Пти. Затруднения классической физики в объяснении температурной зависимости теплоемкости твердых тел. Основы квантовых представлений

3

Полимеры. Классификация, тепловые свойства. Жидкокристаллические полимеры.

Всего:

54

Тема

Л/р

Электростатика. Электрический заряд. Закон Кулона. Электростатическое поле и его напряженность. Принцип суперпозиции электрических полей. Теорема Гаусса для электростатического поля. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Потенциал электростатического поля. Проводники в электрическом поле. Диэлектрики в электрическом поле. Электроемкость проводника. Конденсаторы.

9

Постоянный электрический ток. Сила тока. III закон Ома для участка электрической цепи. сопротивление проводника. Сторонние силы. Электродвижущая сила. Дифференциальная форма III закона Ома. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца.

9

Магнитное поле электрического поля. Взаимодействие токов между собой и с магнитом. Вектор магнитной индукции. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле прямого, кругового и соленоидального токов. Циркуляция вектора индукции магнитного поля. Магнитный поток. Магнитное поле в магнетиках. Напряженность магнитного поля. Силы, действующие на ток в магнитном поле. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.

6

Электромагнитное поле. Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции. Самоиндукция. Индуктивность. Гипотезы Максвелла. Токи смещения. Система уравнения Максвелла в интегральной форме. Опыты Герца. Электромагнитные волны и скорость их распространения. Шкала электромагнитных волн.

3

Переменный ток. Получение переменной ЭДС. Резистор, катушка индуктивности, конденсатор в цепи переменного тока. Работа и мощность переменного тока. Электрический колебательный контур. Формула Томсона. Генератор электрических колебаний.

6

Электрический ток в электролитах, газах. Электролитическая диссоциация. Закон Ома для электролитов. Законы Фарадея. Процессы ионизации и рекомбинации. Несамостоятельные и самостоятельные заряды. Виды заряда (тлеющий, дуговой, искровой и коронный).

3

Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Зависимость электрической проводимости полупроводников от температуры и освещенности. Контактные явления в полупроводниках. Полупроводниковый диод, транзистор.

3

Всего:

39

Тема

Л/р

Оптическое излучение: ультрафиолетовое, инфракрасное.

Теоретические основы волновой оптики. Волновое уравнение. Плоские волны. Отражение и преломление плоских электромагнитных волн.

Фотометрия. Энергетические и световые величины, их единицы. Кривая видности.

3

Интерференция света. Способы получения когерентных волн. Пространственная и временная когерентность. Полосы равной толщины и равного наклона. Интерферометры.

6

Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля, зоны Френеля.

6

Дифракция Френеля. Основные характеристики дифракционной решетки. Дифракция рентгеновского излучения. Понятие об оптической голографии.

6

Основы геометрической оптики. Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики. Основные понятия (луч, параксиальные пучки, идеальная оптическая система, сопряженные точки). Преломление лучей призмой, сферической границей раздела двух сред. Оптическая сила линзы. Главные и фокальные плоскости. Формула линзы. Оптические приборы. Увеличение. Предел разрешения (линейный, угловой).

9

Поляризация света. Поляризаторы и анализаторы. Закон Малюса. Двойное лучепреломление. Лучевые поверхности в одноосных монокристаллах. Определение направлений вектора Пойнтинга и волнового вектора в анизотропных одноосных (графическим способом) средах. Эллиптическая и круговая поляризация..

6

Дисперсия света. Метод определения скорости света. Фазовая и групповая скорость. Экспериментальные методы изучения дисперсии. Электронная (классическая) теория дисперсии. Показатель преломления плазмы.

6

Рассеяние света мутной средой (релеевское рассеяние). Молекулярное рассеяние. Комбинационное рассеяние.

Экспериментальное обоснование специальной теории относительности (опыты Майкельсона–Морли, Физо, Таунса). Преобразования Лоренца. Эффект Доплера.

Квантовая оптика. Тепловое излучение. Закон Кирхгофа, закон смещения Вина, закон Стефана–Больцмана. Формула Планка. Фотоэффект: внешний, внутренний, вентильный. Основные законы. Фотоэлементы. Экспериментальное обоснование. Фотонная теория света. Характеристики фотона (энергия, импульс, момент импульса). Давление света. Опыты Лебедева. Объяснение давления света на основе волновой и фотонной теории. Рентгеновское излучение. Основные свойства. Эффект Комптона.

9

Корпускулярно–волновой дуализм. Гипотеза де Бройля. О волновых свойствах частиц. Экспериментальное обоснование гипотезы. Соотношение неопределенностей.

Всего:

54

Тема

Л/р

Основные закономерности в спектрах излучения и поглощения. Спектр атома водорода. Рентгеновский спектр.

4

Модель атома Резерфорда–Бора. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Постулаты Бора. Энергетические уровни водородоподобных ионов. Опыты Франка и Герца. Недостатки модели Резерфорда–Бора.

6

Уравнение Шредингера. Волновая функция. Частица в потенциальной яме. Квантовые числа (главное, орбитальное, магнитное, спиновое). Энергетические уровни водородоподобных ионов.

6

Спин и магнитный момент электрона. Магнетон Бора. Опыты Штерна–Герлаха.

4

Многоэлектронные атомы. Принцип Паули. Электронные оболочки и подоболочки. Эффект Зеемана. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Характеристические рентгеновские спектры. Закон Мозли.

4

Молекулярные спектры. Люминесценция. Комбинационное рассеяние. Спонтанное и вынужденное излучение. Лазеры. Понятие о нелинейной оптике. Зонная теория проводимости. Сверхпроводимость.

6

Радиоактивность. Законы радиоактивного распада. Экспериментальные методы изучения ядерных излучений. Масс–спектрографы.

4

Строение атомных ядер. Модели ядра. Заряд и масса. Ядерные силы. Дефект массы и энергия связи. Капельная и оболочечная модели ядра.

4

Спонтанный распад ядер: альфа–распад, электронный и позитронный распады, гамма-излучение.

4

Ядерные реакции при облучении альфа–частицами, протонами, нейтронами, гамма–излучением.

4

Реакция деления и синтеза. Цепные реакции. Термоядерные реакции. Ядерная энергетика и экология.

4

Элементарные частицы: основные характеристики, Классификация. Частицы и античастицы. Фундаментальные взаимодействия. Лептоны и адроны. Строение частиц. Кварковая модель. Закон сохранения барионных и лептонных чисел. Глюоны.

4

Всего:

54