Основы молекулярной физики и термодинамики

Статистический и термодинамический методы исследования тел. Термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы. Их изображение на термодинамических диаграммах. Экспериментальные законы идеального газа. Уравнение состояния идеального газа.

Уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов. Средняя квадратичная скорость молекул. Средняя кинетическая энергия молекул. Молекулярно-кинетическое толкование термодинамической температуры. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы.

Внутренняя энергия идеального газа. Работа газа при изменении его объема. Количество теплоты. Теплоемкость. Первое начало термодинамики. Адиабатический процесс. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам и адиабатическому процессу идеального газа. Зависимость теплоемкости идеального газа от вида процесса. Классическая молекулярно-кинетическая теория теплоемкостей идеального газа и ее ограниченность.

Закон Максвелла для распределения молекул идеального газа по скоростям и энергиям теплового движения. Средняя арифметическая скорость движения молекул. Наиболее вероятная скорость молекул. Барометрическая формула. Закон Больцмана для распределения частиц во внешнем потенциальном поле.

Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс (цикл). Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его коэффициент полезного действия для идеального газа. Второе начало термодинамики. Независимость коэффициента полезного действия цикла Карно от природы рабочего тела. Энтропия. Энтропия идеального газа. Статистическое толкование второго начала термодинамики.

Неравновесные процессы. Эффективный диаметр молекул. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул. Явления переноса в термодинамически неравновесных системах. Опытные законы диффузии, теплопроводности и внутреннего трения. Молекулярно-кинетическая теория этих явлений.

Реальные газы. Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Фазовые переходы I и II рода. Критическое состояние. Внутренняя энергия реального газа. Особенности жидкого и твердого состояний вещества.

Электростатика

Электрический заряд. Элементарный заряд. Закон сохранения электрического заряда. Электрическое поле. Основные характеристики электрического поля: напряженность и потенциал. Напряженность как градиент потенциала. Расчет электростатических полей методом суперпозиции. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в вакууме. Применение теоремы Остроградского-Гаусса к расчету поля.

Электрическое поле в веществе. Свободные и связанные заряды в диэлектриках. Типы диэлектриков. Электронная и ориентационная поляризация. Поляризованность. Диэлектрическая восприимчивость вещества. Электрическое смещение. Диэлектрическая проницаемость вещества. Напряженность поля в диэлектрике.

Проводники в электрическом поле. Поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение зарядов в проводнике. Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии.

Постоянный электрический ток

Постоянный электрический ток, его характеристики и условия существования. Разность потенциалов, электродвижущая сила, напряжение. Закон Ома в интегральной и дифференциальной формах. Классическая теория электропроводности металлов и ее опытное обоснование. Границы применимости закона Ома. Ток в газах. Работа выхода электронов из металла. Термоэлектронная эмиссия.

Вопросы к экзамену и зачету

(часть 1)

Кинематика

1. Тело отсчета. Система отсчета. Траектория движения материальной точки.

2. Кинематические характеристики движения. Путь. Перемещение. Скорость.

3. Кинематические характеристики движения. Ускорение, составляющие ускорения при криволинейном движении.

4. Кинематические характеристики вращательного движения: угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение.

Динамика

1. Первый закон Ньютона. Масса. Сила.

2. Второй закон Ньютона.

3. Характеристики сил, рассматриваемых в механике. Сила трения. Сила упругости. Сила тяжести. Вес тела.

4. Момент силы. Момент импульса.

5. Момент инерции твердого тела.

6. Основное уравнение вращательного движения.

7. Механическая работа в поступательном и вращательном движении.

8. Мощность для поступательного и вращательного движения.

9. Кинетическая и потенциальная энергия.

10. Закон сохранения импульса и момента импульса.

11. Закон сохранения и изменения энергии.