МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА
ПРЕДМЕТ МОЛЕКУЛЯРНОЇ ФІЗИКИ
Атоми і молекули, їх тепловий рух. Міжмолекулярні сили. Зв'язок властивостей речовини з її атомно-молекулярною структурою. Методи молекулярної фізики. Поява нових якостей у системі, що складається з великої кількості молекул. Динамічні і статистичні закономірності. Середні величини. Середні за часом і середні за ансамблем частинок. Роль модельних уявлень в молекулярній фізиці. Термодинамічний метод.
ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ КІНЕТИЧНОЇ ТЕОРІЇ ГАЗІВ
Модель ідеального газу. Тиск газу з точки зору молекулярно-кінетичної теорії. Зв'язок між тиском газу та середньокінетичною енергією газових молекул. Рівність середньокінетичних енергій молекул газу при взаємодії двох газів з непроникливою стінкою. Міра середньої кінетичної енергії - температура. Рівняння Клапейрона-Менделєєва. Стала Больцмана.
ЗАКОН РОЗПОДІЛУ МОЛЕКУЛ ГАЗУ ЗА ШВИДКОСТЯМИ МАКСВЕЛЛА
Середня, найімовірніша і середньоквадратична швидкості. Розподіл газових молекул за напрямками швидкостей. Потік молекул на стінку. Експериментальна перевірка закону розподілу молекул за швидкостями.
РОЗПОДІЛ МОЛЕКУЛ У ПОЛІ СИЛ
Формула Больцмана. Барометрична формула. Досліди Перрена по визначенню числа Авогадро за допомогою розподілу Больцмана. Об'єднана формула Максвелла-Больцмана розподілу молекул за швидкостями та у полі сил.
ФЛУКТУАЦІЇ ФІЗИЧНИХ ВЕЛИЧИН ЯК ВІДХИЛЕННЯ ВІД СЕРЕДНЬОГО ЗНАЧЕННЯ
Визначення флуктуації. Міра флуктуації. Середнє за ансамблем та часом. Ергодична гіпотеза. Біномінальний розподіл. Розподіл за Гауссом та Пуассоном. Флуктуації густини газу, розсіяння світла на флуктуаціях густини газу. Броунівський рух, теорія Ейнштейна-Смолуховського. Дослід Перрена з броунівським рухом частинок по визначенню числа Авогадро.
ЗІТКНЕННЯ МОЛЕКУЛ ГАЗУ
Середня довжина вільного пробігу молекул, її залежність від тиску і температури. Ефективний газокінетичний переріз молекул. Середня довжина вільного пробігу молекул у суміші двох газів. Молекулярні пучки та їх використання в практиці та фізичному експерименті. Зміна кількості молекул у пучку внаслідок зіткнень з молекулами газу. Експериментальне визначення середньої довжини вільного пробігу газових молекул.
ЯВИЩА ПЕРЕНОСУ
Фізична модель процесів переносу в газах -дифузії, теплопровідності, внутрішнього тертя. Загальне рівняння для явищ переносу. Зв'язок коефіцієнтів переносу з величинами, що характеризують молекулярний рух. Залежність коефіцієнтів переносу від тиску газу. Експериментальне визначання коефіцієнтів переносу.
ФІЗИЧНІ ЯВИЩА У РОЗРІДЖЕНИХ ГАЗАХ
Особливості явищ переносу у розріджених газах. Термічна та ізотермічна ефузії. Теплове ковзання. Радіометричний ефект. Елементи вакуумної техніки. Основне рівняння вакуумної техніки. Кінетика процесу відкачки. Режими течії газів у трубопроводах. В'язкісна течія. Молекулярний режим течії. Формули Кнудсена. Сучасні методи одержання та вимірювання високого та надвисокого вакууму. Компресійні, теплові, в'язкісні, радіометричні та іонізаційні манометри. Манометри для надвисокого вакууму.
ПЕРШЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМІКИ
Метод термодинаміки та його зіставлення із статистичним методом. Рівноважні та нерівноважні процеси. Робота при зміні об'єму тіла. Внутрішня енергія. Кількість тепла. Кількісне формулювання першого начала термодинаміки. Застосування першого начала термодинаміки до ізопроцесів у ідеальному газі. Теплоємність тіл. Термодинамічне визначення теплоємності. Розподіл енергії за степенями вільності. Теорема про рівномірний розподіл енергії за степенями вільності атомно-молекулярного руху. Внутрішня енергія та теплоємність ідеального газу. Адіабатичні і політропічні процеси. Рівняння цих процесів, робота при цих процесах. Недоліки класичної теорії теплоємності газів. Основні положення квантової теорії теплоємності газів. Формула Планка для середньої енергії системи осциляторів. Пояснення температурної залежності теплоємності газів на підставі квантових уявлень.
ДРУГЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМІКИ
Принцип дії теплової та холодильної машини. Коефіцієнт корисної дії (ККД). Формулювання другого начала термодинаміки за Клаузіусом та за Томсоном і Планком. Оборотні і необоротні процеси. Цикл Карно та його ККД. Теореми Карно. Термодинамічна шкала температур. Метод циклів. Кількісне формулювання другого начала термодинаміки. Нерівність Клаузіуса. Ентропія. Обчислення змін ентропії при різних процесах. Закон зростання ентропії. Статистичний характер другого начала термодинаміки. Співвідношення між ентропією та імовірністю, формула Больцмана. Поняття про мікро- та макростан системи. Статистична вага. Стан рівноваги як найбільш імовірний. Розподіл Больцмана. Межі застосування другого начала термодинаміки. Третє начало термодинаміки. Термодинамічні потенціали і умови рівноваги. співвідношення Максвелла і рівняння Гіббса-Гельмгольца. Системи із змінною кількістю частинок. Хімічний потенціал.
РЕАЛЬНІ ГАЗИ
Природа молекулярних сил. Рівняння Ван-дер-Ваальса. Ізотерми Ван-дер-Ваальса. Взаємні перетворення пари та рідини. Критичний стан. Критичні параметри та методи їх визначення. Приведене рівняння Ван-дер-Ваальса. Внутрішня енергія газу Ван-дер-Ваальса, ефект Джоуля-Томсона. Температура інверсії. Зрідження газів і методи одержання низьких та наднизьких температур.
РІДИНИ
Особливості рідкого стану, моделі рідини. Тепловий рух молекул у рідинах. Явища переносу в рідинах: в'язкість і дифузія. Явища на поверхні розділу між рідиною і іншими тілами. Поверхневий натяг. Крайовий кут. Змочування. Умови рівноваги на межі рідини з іншими середовищами. Формула Лапласа. Капілярні явища. Тиск насиченої пари над викривленою поверхнею рідини. Капілярно-гравітаційні хвилі.
ТВЕРДІ ТІЛА
Кристалічний та аморфний стан речовини. Елементи симетрії кристалів (вісь симетрії, площина симетрії, центр симетрії). Просторові кристалічні ґратки. Ґратки Браве. Індекси Міллера. Поверхнева енергія і зовнішня форма кристалів. Закон Кюрі та Вульфа. Теплові властивості твердих тіл. Теплове розширення. Теплоємність твердих тіл. Закони Дюлонга і Пті та Джоуля і Каппа. Недоліки класичної теорії теплоємності твердих тіл. Елементи квантової теорії теплоємності. Дефекти кристалічної ґратки. Вакансії, дефекти за Шотткі і за Френкелем. Крайова та гвинтова дислокації. Вектор Бюргерса.
ФАЗОВІ ПЕРЕТВОРЕННЯ
Фазові перетворення І та ІІ роду. Приклади фазових перетворень І та ІІ роду. Рівняння Клапейрона-Клаузіуса для фазового перетворення І роду. Діаграми стану двофазної та трифазної однокомпонентних систем. Криві кипіння, плавлення і сублімації. Потрійна точка. Метастабільні стани. Кипіння та конденсація на ядрах. Явище вторгнення. Камера Вільсона, бульбашкова камера. Поліморфізм твердих тіл. Рідкі кристали. Правило фаз Гіббса.
РОЗЧИНИ
Рідкі розчини. Закон Генрі. Закон Рауля. Зміна температур плавлення і кипіння при виникненні розчину. Осмос. Осмотичний тиск. Закон Вант-Гоффа. Вплив дисоціації під час розчинення на осмотичний тиск. Тверді розчини. Діаграма стану двокомпонентної системи. Евтектика. Зонна плавка.
Література
Основна
- Сивухин Д.З. Обший курс физики; т.2, М., "Наука", 1990, 591 с.
- Матвеев А.Н., Молекулярная физика, М., 1981,400 с.
- Кикоин И.К., Кикоин Л.К. , Молекулярная физика, М, 1976, 480 с.
Додаткова
- Радченко В.И., Молекулярная физика. М., 1965, 460 с,.
- Рейф Ф. Статистическая физика. М., 1972. 352 с.
- Киттель Ч. , Статистическая термодинамика. М., 1977.
- Розанов Л.Н., Вакуумная техника, М. Высшая школа, 1982, 207 с.
|
