Статистическая физика и термодинамика

Механика

Кинематика поступательного движения. Перемещение, путь, скорость, ускорение нормальное и тангенциальное, полное ускорение.

Кинематика вращательного движения. Угловое перемещение (изменение угла поворота), скорость, ускорение. Связь между линейными и угловыми величинами.

Динамика поступательного движения материальной точки. Законы Ньютона. Понятие массы, силы.

Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея.

Основное уравнение динамики поступательного движения материальной точки и системы материальных точек. Понятие центра масс. Уравнение движения центра масс.

Импульс. Закон сохранения импульса.

Динамика вращательного движения материальной точки. Понятия момента инерции, момента сил, момента импульса.

Основное уравнение динамики вращательного движения материальной точки и твердого тела относительно неподвижной оси (вывод).

Расчет момента инерции тел правильной формы (стержень, диск). Теорема Штейнера.

Момент импульса материальной точки, твердого тела. Закон сохранения момента импульса.

Полная кинетическая энергия движущихся и вращающихся тел. Работа при вращательном движении.

Работа постоянной и переменной силы. Мощность.

Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальное поле сил. Взаимосвязь силы и потенциальной энергии.

 

Работа сил поля тяготения. Потенциальная энергия поля тяготения.

Механические колебания. Дифференциальное уравнение незатухающих гармонических колебаний, его решение. Скорость, ускорение, полная энергия колеблющейся точки.

Физический и математический маятники, вывод формул для периода малых колебаний этих маятников.

Затухающие гармонические колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний, анализ его решения. Период колебаний. Логарифмический декремент затухания. Энергия затухающих колебаний.

Вынужденные гармонические колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных гармонических колебаний, его решение. Установившиеся вынужденные гармонические колебания (уравнение установившихся колебаний).

 

Явление резонанса. Резонансная частота .

Сложение одинаково направленных гармонических колебаний. Биения.

Дифференциальное уравнение плоской волны и его решение. Волны продольные и поперечные.

 

Принцип относительности в классической механике. Постулаты специальной теории относительности (постулаты Эйнштейна). Преобразования Лоренца.

Преобразования Лоренца. Преобразования Галилея. Закон сложения скоростей в релятивистской и классической механике (вывод).

Следствия из преобразований Лоренца: сокращение длины, замедление времени, относительность одновременности событий.

 

Релятивистская динамика: масса, импульс, энергия. Закон взаимосвязи массы и энергии.

 

Статистическая физика и термодинамика

Физические основы молекулярно-кинетической теории строения вещества. Термодинамический и статистический методы исследования термодинамических систем. Микро- и макропараметры.

Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа, физический смысл входящих величин. Изотермы идеального газа.

Теорема о равномерном распределении энергии по степеням свободы в условиях термодинамического равновесия. Средняя энергия движения одной молекулы. Понятие температуры.

Внутренняя энергия идеального газа (вывод).

Первое начало термодинамики. Основные понятия: теплота, работа, внутренняя энергия.

Первое начало термодинамики применительно к изобарическому процессу. Работа изобарического расширения (сжатия) идеального газа.

Первое начало термодинамики применительно к изохорическому и изотермическому процессам. Работа расширения (сжатия) идеального газа в изотермическом процессе.

Теплоемкость. Удельная и молярная теплоемкости идеального газа. Теплоемкость газа при постоянном давлении С_Р и постоянном объеме С_V. Связь С^мол_Р и С^мол_V (вывод).

Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона. Уравнение адиабатического процесса в координатах P-T, V-T.

 

Адиабатический процесс. Первое начало термодинамики применительно к адиабатическому процессу. Работа расширения (сжатия) идеального газа в адиабатическом процессе.

 

Второе начало термодинамики, его содержание (формулировки).

Понятие энтропии. Изменение энтропии при обратимых и необратимых процессах. Энтропия идеального газа.

Принцип работы тепловой машины. Термический к.п.д тепловой машины. Цикл Карно. К.п.д. цикла Карно (вывод).

Функция распределения случайных величин (физический смысл). Расчет средних значений случайных величин (пример).

Функция распределения Максвелла по модулю скорости, ее свойства. Характерные скорости движения молекул. Расчет числа частиц в заданном интервале скоростей

Функция распределения Максвелла по компонентам скоростей. Нахождение наиболее вероятных и средних значений компонент скоростей.

 

Функция распределения Максвелла по энергиям. Среднее и наиболее вероятное значение энергии молекул (вывод).

Барометрическая формула. Распределение молекул в силовом поле. Распределение Больцмана.

Основные понятия теории соударений молекул. Средняя длина свободного пробега молекул, эффективное сечение упругих соударений, среднее число соударений в секунду.

Явления переноса. Диффузия газов. Уравнение диффузии. Понятие градиента плотности. Коэффициент диффузии, его зависимость от температуры и давления газа.

 

Явление вязкости. Уравнение вязкости. Градиент скорости. Коэффициент динамической вязкости, его зависимость от температуры и давления газа.

 

Явление теплопроводности. Уравнение теплопроводности. Градиент температуры. Коэффициент теплопроводности газа, его зависимость от давления и температуры газа.

Реальный газ. Уравнение состояния реального газа, физический смысл входящих в него величин. Внутренняя энергия реального газа.