МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) ШКОЛА ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ Молекулярная физика 010707.65 специальность «медицинская физика» Форма подготовки очная ДВФУ ШЕН Кафедра теоретической и экспериментальной физики курс ___1____ семестр __2______ лекции _51_ (час.) практические занятия___68____час. семинарские занятия________час. лабораторные работы_______час. консультации всего часов аудиторной нагрузки____119____ (час.) самостоятельная работа ____61_____ (час.) реферативные работы (количество) контрольные работы (количество) зачет ______2_____ семестр экзамен____2_____семестр Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования № 168ен/сп. Приказ Министерства образования России № 4482 от 04.02.2003. Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры общей физики протокол № 14 «21» июня 2011г. Заведующая (ий) кафедрой_ Короченцев В. В к.ф.-м.н,доц._. Составитель (ли):_Макогина Е.И..к.ф.-м.н.,доц.__ Аннотация учебно-методического комплекса дисциплины «Молекулярная физика» Учебно-методический комплекс дисциплины «Молекулярная физика» разработан для студентов 1 курса по специальности 010707.65 «медицинская физика» в соответствие с требованиями ФГОС ВПО по данному направлению и положением об учебно-методических комплексах дисциплин образовательных программ высшего профессионального образования Дисциплина «Молекулярная физика» входит в базовую часть цикла ЕН Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 5.5 зачетных единицы, 180 часов. Учебным планом предусмотрены лекционные занятия (51 час), практические занятия (68 часов), самостоятельная работа студента (61 часов). Дисциплина реализуется на 1 курсе в 2 семестре. Содержание дисциплины охватывает круг вопросов, связанных с молекулярно-кинетической природой тепловых явлений (тепловая форма движения материи – это хаотическое движение атомов и молекул макроскопических тел), необходимыми сведениями из теории вероятностей для овладения статистическими методами описания статистических закономерностей молекулярных систем (на примере функции распределения Максвелла, Максвелла-Больцмана, формулы Эйнщтейна-Смолуховского, статистического обоснования второго закона термодинамики Больцманом). Дисциплина «Молекулярная физика» логически и содержательно связана с такими курсами, как «Термодинамика», «Механика» и др. Учебно-методический комплекс включает в себя: рабочую программу дисциплины; краткие опорные конспекты курса; материалы для практических занятий коллоквиумов); контрольно-измерительные материалы; (темы семинаров и список литературы ; Автор-составитель учебно-методического комплекса К.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики Макогина Е.И. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) ШКОЛА ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (РПУД) Молекулярная физика 010707.65 специальность «медицинская физика» Форма подготовки очная ДВФУ ШЕН Кафедра теоретической и экспериментальной физики курс ___1____ семестр __2______ лекции _51_ (час.) практические занятия___68____час. семинарские занятия________час. лабораторные работы_______час. консультации всего часов аудиторной нагрузки____119____ (час.) самостоятельная работа ____61_____ (час.) реферативные работы (количество) контрольные работы (количество) зачет ______2_____ семестр экзамен____2_____семестр Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования № 168ен/сп. Приказ Министерства образования России № 4482 от 04.02.2003. Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры общей физики протокол № 14 «21» июня 2012г. Заведующая (ий) кафедрой__ Короченцев В. В к.ф.-м.н,доц._. Составитель (ли):__Макогина Е.И..к.ф.-м.н.,доц. I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры: I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры: Протокол от «_____» _________________ 200 г. № ______ Заведующий кафедрой _______________________ (подпись) В.И.Белоконь (И.О. Фамилия) II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры: Протокол от «_____» _________________ 200 г. № ______ Заведующий кафедрой _______________________ (подпись) В.И.Белоконь (И.О. Фамилия) ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Молекулярная физика как раздел курса общей физики изучается после классической механики и является основой современной статистической физики и термодинамики. Главное внимание уделяется изучению особенностей молекулярной формы движения и овладению статистическими методами описания систем многих частиц (статистические закономерности) и термодинамическими методами на примере молекулярных систем. Дисциплина включает феноменологический курс лекций – 34 часа для всех специальностей, физический практикум и семинарские занятия по специальностям: физика, медицинская физика, микроэлектроника и полупроводниковые приборы. Составлены рейтинги-планы курса лекций и семинарских занятий. Курс лекций разбит на 4 модуля, в конце каждого модуля проводится письменное тестирование по 4-6 вариантам тестовых заданий. В конце семестра выставляется результирующая оценка по рейтингу: (50-64)% - удовлетворительно, (65-84)% - хорошо, (85-100)% отлично. Студенты, не прошедшие тестирование по модульной системе, выходят на экзамен (вопросы к экзамену прилагаются). Семинарские занятия разбиты на 3,4 или 5 модулей в зависимости от рейтинга-плана преподавателя, ведущего семинарские занятия. Зачет по семинарским занятиям выставляется при выполнении всех заданий по рейтингу-плану на 65% и более После прослушивания курса лекций, проведения семинарских занятий и физического практикума по молекулярной физике студенты должны: 1. Знать и понимать молекулярно-кинетическую природу тепловых явлений (тепловая форма движения материи – это хаотическое движение атомов и молекул макроскопических тел). 2. Иметь необходимые сведения из теории вероятностей для овладения статистическими методами описания статистических закономерностей молекулярных систем (на примере функции распределения Максвелла, Максвелла-Больцмана, формулы Эйнщтейна-Смолуховского, статистического обоснования второго закона термодинамики Больцманом). 3. Уметь применять законы термодинамики для описания тепловых процессов. 4. Знать различные фазовые состояния вещества и приложения термодинамики к их исследованию (уравнение состояния реального газа Ван-дер-Ваальса, явление Джоуля-Томсона, фазовые превращения и диаграммы, явление поверхностного натяжения). I. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА Модуль 1. (5 лекций, 10 часов) Лекция 1. Предмет и задачи молекулярной физики. Молекулярно-кинетическая теория вещества. Характеристики молекул и количества вещества. Агрегатные состояния вещества и их признаки. Статистический и термодинамический методы в молекулярной физике и термодинамике [3, стр.23-27], [4, c.11-18]. Лабораторная работа №2.6. Лекция 2. Эмпирические газовые законы: законы Дальтона, Бойля-Мариотта, Гейлюссака, Шарля, Паскаля, Авогадро, Менделеева-Клапейрона, тепловое расширение твердых тел [8, c.73-76]. Идеальный газ как модель газообразного состояния. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Давление идеального газа. Вывод основного уравнения МКТ идеального газа. Эрготическая гипотеза Больцмана [1, c.18-24], [4, c.41], [5, c.300-301], [10]. Лабораторные работы №2.6, 2.14. Лекция 3. Температура и ее физический смысл в молекулярно-кинетической теории. Теплообмен и термодинамическое равновесие. Термометрическое свойство, термометрическая величина. Термодинамическая шкала температур [1, c.2432], [4, c.95-103], [7, c.14-28], [доп. 9, c.14-21]. Теорема Больцмана о равновесном распределении энергии по степеням свободы. Число степеней свободы [4, c.103-108], [7, c.207-220], [8, c.88-89]. Законы идеального газа. Изотермический коэффициент сжимаемости, температурный коэффициент. Графическое представление законов идеального газа [1, c.35-39], [2, c.]. Лабораторная работа №2.6. Лекция 4. Скорости газовых молекул. Измерение скорости газовых молекул. Опыт Штерна, метод молекулярных пучков . Элементы теории вероятности. Частота и вероятность. Дискретное и непрерывное распределение вероятности. Плотность вероятности. Условие нормировки. Теоремы сложения и умножения [4, c.18-33], [5, c.291-294], [7, c.244-256], [доп.10, c.16-37]. Средние значения случайных величин, флуктуация. Распределение Максвелла (постановка задачи). Вывод функции распределения молекул по проекциям скоростей. Физический смысл параметра функции распределения и постоянной интегрирования [1, c.63-66], [2, c.], [7, c.256-268]. Лекция 5. Определение функции распределения молекул по абсолютному значению скорости. Геометрическое истолкование полученной функции. Распределение Максвелла в приведенном виде. Расчеты характерных скоростей молекул при их хаотическом движении: наивероятнейшей скорости, средней и средней квадратичной скоростей, средней скорости по проекции, среднего модуля скорости по проекции, средней относительной скорости, и связи между ними [1, c.67-77], [7, c.268-271], [8, c.78-79], [9, c.107-110], [доп.10, c.64-71]. Письменное тестирование по материалу модуля 1. Модуль 2 (4 лекции, 8 часов). Лекция 6. Барометрическая формула и вывод закона Больцмана. [3, c.59-63], [8, c.8081], [9, c.112-114]. Связь между распределениями Максвелла и Больцмана. Распределение Максвелла по значениям кинетической энергии. Распределение Максвелла-Больцмана [4, c.81-82], [5, c.289-290], [7, c.287294]. Распределение Больцмана для дискретного спектра значений энергии (самостоятельно). Лекция 7. Броуновское движение. Расчет среднего квадрата смещения броуновской частицы. Формула Эйнштейна-Смолуховского [1, c.42-48], [доп.7, c.192-195]. Лекция 8. Элементы молекулярно-кинетической теории неравновесных процессов. Равновесное и неравновесное состояния. Релаксационные процессы и явления переноса. Эффективный диаметр и эффективное сечение молекул газа. Средняя длина межмолекулярного свободного взаимодействия. пробега. Потенциальная Температурная кривая зависимость эффективного сечения молекул и средней длины свободного пробега для газов и жидкостей. Формула Сезерленда. Общая теория переноса в газах [2, c.], [4, c.355-363], [доп.7, c.79-87]. Лабораторные работы №2.2, 2.3, 2.4, 2.5. Лекция 9. Диффузия. Самодиффузия. Коэффициент диффузии, зависимость коэффициента диффузии от температуры и давления. Вязкость или внутреннее трение. Коэффициент вязкости и его зависимость от температуры и давления. Различие температурных зависимостей вязкости газов и жидкостей. Теплопроводность. Коэффициент теплопроводности газов и его зависимость от температуры и давления. Соотношение между коэффициентами переноса [1, c.145-179], [2, c.], [4, c.363-367], [5, c.395-412], [доп.7, c.87-93]. Лабораторные работы №2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.16. Письменное тестирование по материалу модуля 2. Модуль 3 (4 лекции, 8 часов). Лекция 10. Нулевое начало термодинамики [10, c.751]. Термодинамические процессы: равновесные или квазистатические, обратимые и необратимые, круговые или циклические. Внутренняя энергия, работа, теплота [7, c.55-67]. Принцип эквивалентности теплоты и работы, опыты Майера и Джоуля. Вывод первого начала термодинамики [1, c.241-254], [4, c.119-132]. Лабораторные работы №2.1, 2.15. Лекция 11. Теплоемкость идеального газа. Теплоемкость при постоянном объеме и давлении. Энтальпия. Вывод уравнения Роберта-Майера [4, c.132-140]. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам идеального газа. Адиабатный процесс. Вывод уравнения Пуассона. Работа идеального газа при адиабатном процессе. Политропный процесс. Вывод уравнения политропы [1, c.116-125], [4, c.140-148], [8, c.91-96]. Лабораторная работа №2.1. Лекция 12. Классическая теория теплоемкостей газов [1, c.105-109] и твердых тел (число степеней свободы, теорема Больцмана о равнораспределении кинетической энергии по степеням свободы). Закон Дюлонга-Пти. Недостатки классической теории теплоемкости твердых тел. Элементы квантовой теории теплоемкости [3,c.80-87]. Вывод формулы Эйнштейна. Недостатки теории Эйнштейна [4, c.321-325], [6, c.158-160]. Лабораторные работы №2.1, 2.8. Лекция 13. Теория теплоемкости твердых тел Дебая. Несколько слов о теплопроводности твердых тел. Вывод закона Дебая. Характеристическая температура твердого тела или температура Дебая. Развитие теории теплоемкости твердых тел из представления о фононах и фононном газе [4, c.321-325], [6, c.162-169]. Лабораторные работы №2.8, 2.11. Письменное тестирование по материалу модуля 3. Модуль 4 (4 лекции, 8 часов). Лекция 14. Второе начало термодинамики. Формулировки второго начала термодинамики Клаузиуса, Кельвина и Планка. Цикл Карно. Вывод работы и к.п.д. идеального цикла Карно [4, c.171], [5, c.335-344], [7, c.91-110]. Теоремы Карно [1, c.264]. Теорема Клаузиуса о приведенной теплоте [1, c.264]. Энтропия и термодинамический смысл энтропии в идеальном обратимом процессе. Математическое выражение второго начала термодинамики для обратимых квазистатических процессов. Т-S диаграммы [9, c.125-133]. Лабораторная работа №2.15. Лекция 15. Статистический смысл второго начала термодинамики [3, c.139-150], [5, c.325-334]. Вывод формулы Больцмана для энтропии. Закон возрастания энтропии Клаузиуса. Энтропия необратимых процессов [1, c.282-295]. Лабораторная работа №2.15. Лекция 16. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Физический смысл постоянных величин уравнения Ван-дер-Ваальса. Теоретические изотермы газа Ван-дерВаальса. Критические параметры состояния вещества. Закон соответственных состояний. Термодинамика реального газа. Внутренняя энергия и работа реального газа [1, c.208, 221-237], [2, c.], [3, c.203-212], [4, c.237-253], [8, c.103-108], [7, c.394-424]. Лекция 17. Эффект Джоуля-Томсона. Термодинамика эффекта Джоуля-Томсона. Кривая инверсии дифференциального эффекта Джоуля-Томсона. Интегральный эффект Джоуля-Томсона [3, c.212-223], [4, c.253-262], [7, c.426-433], [8, c.108110], [9, c.150-154]. Письменное тестирование по материалу модуля 4. В письменное тестирование модуля 4 включены самостоятельно изучаемые темы «Молекулярные силы в жидкостях» (лабораторная работа №2.7) и «фазовые равновесия и фазовые переходы» (лабораторная работа №2.15). II. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ (61 час) Тема 1. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа. Закон Дальтона. Закон Авогадро. Закон Паскаля, барометрическая формула (8 часов). 1.1. Связь между основными кинетическими характеристиками газа: относительная молекулярная масса, молярная масса, число Авогадро, число Лошмидта, концентрация, плотность. Смесь газов. Закон Дальтона. Молярные и удельные величины (№№ 2.1. – 2.6 по И.Е. Иродову, №№2.1 – 2.8 по И.В.Савельеву). 1.2. Термометрия. Термометрическое тело, термометрическая величина. Шкала температур ( №№10 – 15 по Д.Т. Сахарову, №№627 – 632 под ред. Д.В. Сивухина). 1.3. Уравнение состояния идеального газа. Процессы. Уравнения процессов в интегральной и дифференциальной форме (№№2.7 – 2.13 по И.Е.Иродову, №№2.27 – 2.31 по И.В.Савельеву). 1.4. Давление газа. Закон Паскаля, барометрическая формула. Градиент температуры по высоте столба газа в однородном поле сил тяжести (№№2.14 – 2.21 по И.Е.Иродову). Контрольная работа 1. Тема 2. Молекулярно-кинетическая теория. Распределение Максвелла и Больцмана (16 часов) 2.1. Функция распределения вероятностей дискретных и непрерывных значений случайной величины. Вычисление основных характеристик функции распределения (№№2.85 – 2.86 по И.Е.Иродову, №№2.74 – 2.78 по И.В.Савельеву). 2.2 Распределение Максвелла по проекциям скоростей, по абсолютным значениям скоростей, в «приведенном» виде. Вычисление характеристических скоростей (№№2.88 – 2.104, 2.108 – 2.109 по И.Е.Иродову, №№2.79, 2.78, 2.84, 2.87 по И.В.Савельеву). 2.3. Функция распределения Вычисление молекул характеристических по кинетическим энергий и энергиям. сравнение их с характеристическими скоростями (№№2.105 – 2.107 по И.Е.Иродову, №№2.90 по И.В.Савельеву). 2.4. Распределение Больцмана. Распределение молекул в однородном потенциальном поле, в поле инерциальных сил (№№2.109 – 2.121 по И.Е.Иродову). Распределение Больцмана для дискретных значений энергии (№2.100 по И.В.Савельеву). Решение индивидуальных задач. Тема 3. Элементы молекулярно-кинетической теории неравновесных процессов. Явления переноса (4 часа) 3.1. Относительное число молекул газа, пролетающих путь S без столкновений. Средняя длина свободного пробега молекул. Распределение свободных пробегов частиц. Эффективное сечение взаимодействия молекул (№№2.235 – 2.239, 2.242 – 2.243 по И.Е.Иродову). 3.2. Вязкость, теплопроводность и диффузия газов. Коэффициенты вязкости, теплопроводности и диффузии (№№2.250 – 2.255, 2.266 – 2.272 по И.Е.Иродову). Зачетная домашняя задача. Тема 4. Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Уравнения процессов на основе первого начала термодинамики для идеальных газов (8 часов) 4.1. Работа, теплота, дифференциальной внутренняя форме. энергия Вычисление в этих интегральной и термодинамических функций (№№2.25 – 2.43 по И.Е.Иродову, №№2.10 – 2.13, 2.41 – 2.56 по И.В.Савельеву). 4.2. Теплоемкость. Число степеней свободы. Использование дифференциальной формы записи первого начала термодинамики для нахождения уравнения процесса и теплоемкости газа (№№2.44 – 2.56, 2.69 – 2.84 по И.Е.Иродову, №№2.58 – 2.62 по И.В.Савельеву). Контрольная работа 2. Тема 5. Второе начало термодинамики. Неравенство Клаузиуса. Энтропия (12 часов) 5.1. Расчет к.п.д. тепловых и холодильных машин, в которых идеальный газ совершает циклы, состоящие из различных изопроцессов (например: циклы Дизеля и Отто). Цикл Карно и к.п.д. цикла Карно (№№2.122 – 2.135 по И.Е.Иродову, №№2.154 – 2.160 по И.В.Савельеву). 5.2. Неравенство Клаузиуса. Изменение энтропии при обратимых квазистатических процессах или основное уравнение термодинамики для обратимых процессов в идеальных газах (№№2.137 – 2.146 по И.Е.Иродову). Контрольная работа 3. 5.3. Свободная энергия Гельмгольца и работа идеального газа в квазистатическом изотермическом процессе (№№2.162 – 2.165 по И.Е.Иродову). 5.4 Статистический смысл энтропии. Формула Больцмана (№№2.164 – 2.170 по И.Е.Иродову, №№2.106 – 2.109 по И.В.Савельеву). Тема 6. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Термодинамика реального газа (16 часов) 6.1. Уравнение состояния ван-дер-ваальсовского газа. Постоянные Ван-дерВаальса и их физический смысл. Кинетика процессов в реальных газах (№№2.22 – 2.24, 2.212 – 2.224 по И.Е.Иродову, №№2.162 - 2.165 по И.В.Савельеву). 6.2. Применение первого начала термодинамики для решения задач с вандер-ваальсовским газом (№№2.57 – 2.62, 2.225 – 2.227 по И.Е.Иродову, №№2.166 – 2.171 по И.В.Савельеву). Контрольная работа 4. 6.3. Эффект Джоуля-Томсона. Вычисление приращения температуры вследствие эффекта Джоуля-Томсона (№№2.63 – 2.65 по И.Е.Иродову, №№2.172 – 2 175 по И.В.Савельеву). 6.4. Изменение энтропии при квазистатических обратимых процессах – основное уравнение термодинамики для ван-дер-ваальсовского газа в интегральной и дифференциальной форме (№№2.147 – 2.148 по И.Е.Иродову). Тема 7. Жидкости. Капиллярные явления (4 часа) 7.1. Добавочное (капиллярное) давление в жидкости под произвольной поверхностью. Формула Лапласа (№№2.171 – 2.191 по И.Е.Иродову). 7.2. Приращение свободной энергии поверхностного слоя жидкости. Расчет количества тепла, необходимого для образования единицы площади поверхностного слоя жидкости при изотермическом увеличении ее поверхности (№№2.192 – 2.197 по И.Е.Иродову). Контрольная работа 5. III. КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ 1. Молекулярно-кинетическая теория вещества. Характеристики молекул и количества вещества и связи между ними. Постоянные Авогадро и Лошмидта. 2. Агрегатные состояния вещества и их признаки. Статистический и термодинамический методы в молекулярной физике. 3. Эмпирические газовые законы, расширение твердых тел. Идеальный газ. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. 4. Давление идеального газа. Вывод основного уравнения молекулярнокинетической теории идеального газа. 5. Температура и ее физический смысл в молекулярно-кинетической теории (теплообмен термометрическое и свойство термодинамическое равновесие, и величина). термометрическая Термодинамическая шкала температур. 6. Вывод уравнения соответствующие состояния им законы идеального газа. Изопроцессы и идеального газа. Изотермический коэффициент сжимаемости, температурный коэффициент. 7. Скорости газовых молекул. Измерение скорости газовых молекул (опыт Штерна, метод молекулярных пучков). 8. Элементы теории вероятности: случайные события и случайные величины, частота распределение и вероятность, вероятности, дискретное плотность и непрерывное вероятности, условие нормировки, теоремы сложения и умножения, средние значения случайных величин, флуктуации. 9. Распределение Максвелла. Определение функции распределения молекул по проекциям скоростей (вывод). График функции распределения молекул по проекциям скоростей. 10.Распределение Максвелла. Определение функции распределения молекул по абсолютным значениям скоростей (вывод). Геометрическое истолкование полученной функции. 11.Распределение Максвелла в приведенном виде. Характерные скорости молекул при распределении Максвелла: наивероятнейшая скорость средняя и средне квадратичная скорости, средняя скорость по проекции, среднее значение модуля проекции скорости, средняя относительная скорость. Связь между характерными скоростями. 12.Распределение Больцмана. Барометрическая формула и закон Больцмана (вывод). 13.Распределение Максвелла по значениям кинетической энергии. Связь между распределением Максвелла и Больцмана. Распределение Максвелла-Больцмана. Распределение Больцмана для дискретного спектра значений энергии. 14.Броуновское движение. Расчет среднего квадрата смещения броуновской частицы (вывод формулы Эйнштейна-Смолуховского). 15.Элементы процессов: молекулярно-кинетической равновесное и теории неравновесное неравновесных состояния, процессы релаксации и процессы переноса. 16.Эффективный диаметр и эффективное сечение молекул газа. Средняя длина свободного пробега (вывод) и распределение свободных пробегов частиц. 17.Потенциальная кривая межмолекулярного взаимодействия и зависимость эффективного диаметра и длины свободного пробега молекул от температуры и давления для газов и жидкостей. 18.Общая теория процессов переноса в газах. Диффузия и самодиффузия. Коэффициент диффузии и его зависимость от температуры и давления. 19.Общая теория процессов переноса в газах. Вязкость или внутреннее трение. Коэффициент вязкости и его зависимость от температуры и давления. 20.Общая теория процессов переноса в газах. Теплопроводность. Коэффициент теплопроводности и его зависимость от температуры и давления. 21.Нулевое начало термодинамики. Термодинамические процессы: равновесные или квазистатические, обратимые и необратимые, круговые или циклические. 22.Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия, работа и теплота. Принцип эквивалентности теплоты и работы. 23.Теплоемкость идеального газа. Теплоемкость газа при постоянном объеме и постоянном давлении. Энтальпия. Число степеней свободы. Вывод уравнения Роберта-Майера. 24.Адиабатный процесс. Вывод уравнения Пуассона. Работа при адиабатном процессе. 25.Политропный процесс. Вывод и анализ уравнения политропы. 26.Классическая теория теплоемкости газов и твердых тел. Закон Дюлонга-Пти. Недостатки классической теории теплоемкости. 27.Элементы квантовой теории теплоемкости твердых тел. Теория и формула Эйнштейна. Теория и закон Дебая. Температура Дебая и физический смысл температуры Дебая. 28.Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Формулировки второго начала термодинамики Клаузиуса, Кельвина и Планка. КПД тепловой и холодильной машины. 29.Идеальный обратимый (квазистатический) процесс. Цикл Карно. Работа цикла Карно (вывод). КПД цикла Карно (вывод). 30.Теорема Клаузиуса о приведенной теплоте. Энтропия и термодинамический смысл энтропии в идеальном обратимом процессе. 31.Математическое описание квазистатических изопроцессов на основе второго начала термодинамики. Т-S диаграммы. 32.Статистический смысл второго начала термодинамики. Вывод формулы Больцмана для энтропии. Закон возрастания энтропии Клаузиуса. Энтропия необратимых процессов. 33.Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Расчет поправок на объем и давление реального газа. Физический смысл постоянных в уравнении Ван-дер-Ваальса. 34.Теоретические изотермы реального газа Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние вещества и критические параметры состояния вещества. Опалесценция. Закон соответственных состояний. 35.Эффект Джоуля-Томсона. Внутренняя энергия реального газа. Термодинамика эффекта Джоуля-Томсона. Расчет дифференциального эффекта Джоуля-Томсона. Интегральный эффект Джоуля-Томсона. 36.Явления на границе жидкости. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение. Давление под изогнутой поверхностью. 37.Смачивание и несмачивание. Капиллярные явления. Формула Лапласа. 38.Фазовые равновесия и фазовые переходы. Диаграммы состояния. Тройная точка. Зависимость температуры фазового перехода от давления. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. 39.Характеристические функции. Соотношения Максвелла. Уравнения Гиббса-Гельмгольца. Первое и второе TdS-уравнения термодинамики. ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ 1. Основные положения молекулярно-кинетической теории, строение вещества с точки зрения МКТ. 2. Давление газа. Единицы измерения давления в СИ. Формула. Приборы для измерения давления. 3. Вывод основного уравнения М.К.Т. 4. Идеальный газ. Понятие, определение, внутренняя энергия идеального газа. 5. Абсолютный нуль температур. Термодинамическая температура. Определение, единицы измерения в СИ, формула связи шкалы термодинамической и шкалы Цельсия. 6. Параметры газа. Вывод объединенного газового закона. 7. Вывод уравнения Менделеева-Клапейрона. 8. Изопроцессы. Изотермический процесс, определение, закон, график. Изобарический процесс, определение, закон, график. Изохорический процесс, определение, закон, график. Физический смысл молярной газовой постоянной. 9. Понятие внутренней энергии, способы изменения. Теплообмен, виды теплообмены, примеры. 10.Внутренняя энергия одноатомного, двухатомного и многоатомного газа. Единицы измерения внутренней энергии в СИ. 11.Изменение внутренней энергии? Количество теплоты, определение формула, единицы измерения в СИ, удельная теплоемкость вещества. 12.Количество теплоты необходимое для сжигания топлива. Удельная теплота сгорания топлива. 13.КПД определение, обозначение, формула. 14.Уравнение теплового баланса. Закон сохранения энергии. 15.Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. 16.Адиабатный процесс. Определение, формула, график, адиабатное сжатие, расширение. 17.Процесс парообразования. Процесс конденсации. Определение. 18.Процесс испарения с точки зрения М.К.Т. Факторы, влияющие на процесс испарения. 19.Теплота парообразования. Определение. Удельная теплота парообразования. 20.Процесс кипения с точки зрения М.К.Т. 21.Понятие насыщенного пара и ненасыщенного пара. Их свойства. 22.Критическое состояние вещества, критические параметры. 23.Второе начало термодинамики. Понятие тепловой двигатель, принцип действия, КПД. 24.Влажность. Относительная и абсолютная влажность. Определение. Формула для определения влажности. Точка росы. Приборы для измерения влажности. Значение влажности в природе и жизни человека. 25.Сжиженный газ и перегретая жидкость. Определение. Применение в технике. ВОПРОСЫ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ Работа 1. Определение отношения теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме методом Клемана и Дезорма. 1. Теплоемкость тела. Удельная и молярная теплоемкости, связь между ними. 2. Первое начало термодинамики. Теплоемкости при постоянном давлении и постоянном объеме. Уравнение Роберта Майера (вывод). 3. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул идеального газа. Закон равнораспределения энергии. Классическая теория теплоемкости газа. 4. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона для адиабатического процесса (вывод) (лекции №10, 11, 12). 5. Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 2. Определение коэффициента вязкости. 1. Молекулярно-кинетическая теория явлений переноса. Вязкость газов как явление переноса молекулами количества вещества. Коэффициент вязкости газов (вывод). 2. Зависимость вязкости газов и жидкостей от температуры (лекции №8, 9). 3. Вывод рабочей формулы (формула Пуазейля) (методическое указание). Работа 3. Определение длины свободного пробега и эффективного диаметра молекулы воздуха путем измерения коэффициента внутреннего трения. 1. Число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул (вывод). Эффективный диаметр молекул, эффективное сечение межмолекулярного взаимодействия. Зависимость длины свободного пробега молекул от давления и температуры. Формула Сезерленда (лекция №8). 2. Вязкость газов. Коэффициент вязкости газов (вывод) (лекция №9). 3. Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 4. Определение коэффициента внутреннего трения жидкостей по методу Стокса. 1. Различие механизма вязкости в газах и жидкостях. Зависимость коэффициента вязкости жидкости и газов от температуры (лекция №9). Формула Френкеля (приложение к методическому указанию). 2. Сила сопротивления при движении тел в жидкостях и газах. Формула Стокса (приложение к методическому указанию). 3. Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 5. Определение теплопроводности воздуха. 1. Явления переноса в газах. Молекулярно-кинетическая теория явлений переноса. Общее уравнение переноса (лекция №8). 2. Механизмы переноса тепла в газах (конвекция, излучение, теплопроводность). Коэффициент теплопроводности газов и его зависимость от давления, температуры и массы газа (лекция №9). 3. Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 6. Определение молярной массы и плотности воздуха методом откачки. 1. Что называется относительной атомной и относительной молекулярной массами? Что такое моль вещества? Молярная масса и как она связана с относительной молекулярной массой? Единицы измерения указанных величин (лекция №1). 2. Основные положения молекулярно-кинетической теории вещества, их экспериментальное обоснование (лекция №1). (МКТ) 3. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ идеального газа. Уравнение Клапейрона-Менделеева (вывод). Изопроцессы в идеальных газах (лекции №2,3). 4. Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 7. Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости. 1. Явление поверхностного натяжения и его объяснение в молекулярнокинетической теории. Коэффициент поверхностного натяжения и его физический смысл. Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от температуры (вывод) [1, c.343]. 2. Давление под изогнутой поверхностью жидкости. Формула Лапласа (вывод) [3, c.231-244], [4, c/262-270], [5, c.366-375], [7, c.438-451], [8, c.111-115]. 3. Явление смачивания и несмачивания. Капиллярные явления. 4. Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 8. Определение теплоемкости металлов калориметрическим методом. 1. Классическая теория теплоемкости твердых тел. Закон Дюлонга-Пти. 2. Элементы квантовой теории теплоемкости твердых тел (формула Эйнштейна, закон Дебая), температура Дебая (лекции №12, 13). 3. Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 11. Определение коэффициента теплопроводности твердых тел. 1. Механизм теплопроводности твердых тел. Коэффициент теплопроводности твердых тел (лекция №13) [3, c.279-280]. 2. В чем состоят главные различия механизмов переноса тепла в твердых телах и переноса тепла в газах? 3. Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 14. Определение коэффициента линейного расширения металлов. 1. Основные положения молекулярно-кинетической теории вещества. Межмолекулярное взаимодействие. Зависимость сил межмолекулярного взаимодействия от расстояния между молекулами. 2. Агрегатные состояния вещества. Кристаллические и аморфные тела. Тепловое линейное и объемное расширение твердых тел. Объяснение теплового расширения твердых тел на основе потенциальной кривой межмолекулярного взаимодействия (лекции №1,2). 3. Вывод коэффициента линейного теплового расширения (методическое указание). Работа 15. Измерение энтропии при плавлении олова. 1. Первое и второе начала термодинамики. Статистический характер второго начала термодинамики. 2. Сформулируйте термодинамический и статистический смысл энтропии (лекции №10, 14, 15). 3. Объясните, как и почему изменяется энтропия при плавлении и кристаллизации твердых тел. 4. Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 16. Определение вязкости жидкости по методу Пуазейля. 1. Объясните различие механизма вязкости в газах и жидкостях (лекция №9). 2. Получите зависимость вязкости жидкости от температуры. Формула Френкеля (приложение к методическому указанию). 3. Вывод рабочей формулы. Ламинарное и турбулентное течение. Число Рейнольдса. IV. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Основная литература 1. Тюрин Ю. И., Чернов И. П., Крючков Ю. Ю. Физика. Ч.1. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика: учебник для технических университетов. – Томск: Изд-во Томского ун-та, 2002. – 502 с. 2. Савельев И. В. Курс общей физики: В 5 кн.: кн. 1: учебное пособие для втузов. – М.: ООО «Издательство Астрель», 2004. – 336 с. 3. Чернов И. П., Ларионов В. В., Веретельник В. И. Физический практикум. Часть 1. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика: учебное пособие для технических университетов. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004. – 182с. 4. Чернов И. П., Ларионов В. В., Тюрин Ю. И. Физика: Сборник задач. Часть 1. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика: учебное пособие. – Томск: Изд-во Томского ун-та, 2004. – 390 с. 5. Ерофеева Г. В. Интерактивная обучающая система по физике: Учебное пособие. – Томск: Изд-во Том. Ун-та, 2003. – 470 с. 6. Яворский Б. М., Пинский А. А. Основы физики. Т. 1. – М.: Наука, 1991 Трофимова Т. И. Курс физики: учеб. пособие для вузов. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 560 с. 7. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. В 9 т.: т. 1. – М.: Мир. 1978. 8. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Курс теоретической физики: В 10 т.: т. 1: Механика. – М.: Физматлит, 2002. – 224 с. 9. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: учебное пособие для втузов. – 4-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2002. – 718 с Дополнительная 1. .Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. «Наука», М., 1976г. 2. Радченко И.В. Молекулярная физика. «Наука», М., 1965г. 3. Телеснин Р.В. Молекулярная физика. «Высшая школа», М., 1973г. 4. Матвеев А.Н. Молекулярная физика. «Высшая школа», М., 1981г. 5. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1. «Наука», М., 1977г. 6. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.3. «Наука», М., 1977г. 7. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.2. «Наука», М., 1990г. 8. Трофимова Т.И. Курс физики. «Высшая школа», М., 1990г. 9. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. «Высшая школа», М., 1989г. 10.Физический энциклопедический словарь. М., 1984г. 11.Зисман Г.А., Тодес. О.М. Курс общей физики. Т.1. «Наука». М., 1974г. 12.Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. Т.1, М., 1962г. 13.Иродов И.В. Задачи по общей физике. «Наука», М., 1988г. 14.Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике. «Наука». М.,1988г. 15.Сахаров Д.И. Сборник задач по физике. М., 1968г. 16.Бабаджан Е.И., Гервидс В.И., Дубовик В.М., Нерсесов Э.А. Сборник качественных вопросов и задач по общей физике.//Учеб. Пособие для втузов. – М., 1990г. 17.Ноздрев В.Ф., Сенкевич А.А. Курс статистической физики. «Высшая школа», М., 1969г. 18.Физический энциклопедический словарь. М., 1984г. 19.Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т.4., «Мир», М., 1965г. 20.Василевский А.С., Мултановский В.В. Статистическая физика и термодинамика. М., 1985г. 21.Кухлинг Х. Справочник по физике. М., 1982г. Электронные ресурсы: 1. Леденев, А. Н. Физика. Книга 2. Молекулярная физика и термодинамика [Электронный ресурс] : учебное пособие в 5 книгах / А. Н. Леденев. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 208 с. - ISBN 5-9221-0462-4. http://znanium.com/bookread.php?book=421347 2. Сивухин, Д. В. Общий курс физики. Том II. Термодинамика и молекулярная физика [Электронный ресурс] : Учеб. пособие для вузов в 5 т. / Д. В. Сивухин. - 5-е изд., испр. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 544 с. - ISBN 5-9221-0601-5. http://znanium.com/bookread.php?book=421595 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) ШКОЛА ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Молекулярная физика 010707.65 специальность «медицинская физика» Форма подготовки очная Тестовый контроль: 1. Какое количество вещества содержится в теле, состоящем из 1,204×1024 молекул? Число Авогадро 6,02×1023 моль−1. 1.5 моль 2 моль 2.5 моль 3 моль нет правильного ответа затрудняюсь ответить 2. Хорошо откачанная лампа накаливания объемом 10 см3 имеет трещину, в которую ежесекундно приникает 106 молекул. Сколько времени понадобится для ее наполнения до нормального давления, если скорость проникновения молекул считать постоянной? Температура 0 °С. 8.4×106 c 6.6×105 c 6.6×107 c 8.4×107 c 84×106 c затрудняюсь ответить 3. Какое давление (в мкПа) производят пары ртути в баллоне ртутной лампы объемом 3×10−5 м3 при 300 К, если в ней содержится 1012 молекул? Постоянная Больцмана 1,38×10−23 Дж/К. 24 67 112 138 256 затрудняюсь ответить 4. Сколько тысяч молекул воздуха находится в 1 мм3 сосуда при 27 °С, если воздух в сосуде откачан до давления 0,83 мкПа? Универсальная газовая постоянная 8300 Дж/(кмоль•К), число Авогадро 6×1026 1/кмоль. 250 200 350 300 100 затрудняюсь ответить 5. Сколько столкновений в секунду испытывает молекула кислорода, если средняя длина свободного пробега при нормальных условиях равна 65 нм? 0.71×109 71×109 7.1×108 7.1×109 нет правильного ответа затрудняюсь ответить 6. Какова полная кинетическая энергия поступательного движения 2 моль идеального газа при температуре 27 °C? 13226 Дж 5800 Дж 2748 Дж 6400 Дж 7479 Дж затрудняюсь ответить 7. При какой температуре средняя квадратичная скорость молекул кислорода больше их наиболее вероятной скорости на 100 м/с. 405 К 60 °С 360 К 381 К 100 °С затрудняюсь ответить 8. Какое понадобится время, чтобы на поверхность стекла нанести слой серебра толщиной d = 5 мкм, используя для этого атомарный пучок с концентрацией атомов серебра n = 1018 м−3, движущихся со скоростью 0,39 км/с? Плотность серебра 10500 кг/м3. 6 мин 900 с 4.5 мин 180 с 5 мин затрудняюсь ответить 9. Плотность одного газа при давлении 400 кПа равна 1,6 кг/м3. Второй газ массой 2 кг занимает объем 10 м3 при давлении 200 кПа. Во сколько раз средняя квадратичная скорость молекул второго газа больше, чем первого? 3 5 2 4 нет правильного ответа затрудняюсь ответить 10. При повышении температуры газа на 100 K средняя квадратичная скорость его молекул возросла от 300 до 500 м/с. На сколько еще градусов надо поднять температуру, чтобы средняя квадратичная скорость возросла до 700 м/с? 50 100 150 250 нет правильного ответа затрудняюсь ответить КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ 1. В дне стеклянного сосуда имеется небольшое отверстие радиусом r. До какой высоты h можно налить в этот сосуд жидкость плотностью r , не смачивающую стекло, чтобы она не выливалась? (Ответ: hs /(2rr g)). 2. Непрерывную поливку комнатных цветов можно осуществить с помощью фитиля. Найти наибольшую разность уровней воды в сосуде и земли в газоне, при которой поливка еще возможна. Поры фитиля принять за цилиндрические трубки с внутренним диаметром 0,1 мм. (Ответ: h = 0,3 м). 3. Капилляр диаметром 1,5 мм опущен в воду, при этом радиус кривизны мениска также 1,5 мм. Найти во сколько раз высота поднятия воды меньше, чем в случае полного смачивания этого капилляра. (Ответ: меньше в 2 раза). 4. При определении величины коэффициента поверхностного натяжения капельным методом число капель воды, вытекающей из капилляра за время опыта составило 20. Общая масса воды m = 0,937 г определялась с точностью до 0,001 г, а диаметр шейки капли при измерении его путем фотографирования с точностью до 0,1 мм составил 1,9 мм. Найти коэффициент поверхностного натяжения – s и относительную погрешность измерения – D s /s . (Ответ: s =0,077 Н/м; D s /s = 5,4 %). 5. Найти коэффициент поверхностного натяжения и относительную погрешность его измерения для раствора, если для отрыва от поверхности жидкости кольца прямоугольного сечения (с внешним и внутренним диаметром d1 = 60 мм, d2 = 56 мм) была приложена сила F = 0,035 Н. Сила поверхностного натяжения определялась с точностью до 210-3 Н, а диаметр с точностью 0,1 мм. (Ответ: s =0,096 Н/м; D s /s = 3,03 %). 6. Найти коэффициент поверхностного натяжения органического растворителя и относительную погрешность его измерения, если для отрыва пластмассовой пластины со стороной а = (40 ± 0,2) мм, предварительно уравновешенной на одном плече рычажных весов, пришлось нагрузить чашку весов массой m =(1,73 ± 0,02) г. Угол смачивания q = 0є. (Ответ: s =0,106 Н/м; D s /s = 3,2 %). 7. Между двумя фотопластинками размером 13? 18 см находится слой воды толщиной 0,02 мм. Нарисовать форму поверхности жидкости у краев пластин и найти необходимое усилие в момент отрыва их друг от друга без сдвига. Весом пластинок пренебречь. (Ответ: F =170,8 Н). 8. Воздушный пузырек находится на расстоянии 250 мм от свободной поверхности керосина, в котором возбуждены ультразвуковые колебания. Найти максимальное и минимальное давления внутри пузырька, если его радиус изменяется по закону , где R0=0,01 мм, А = 0,005 мм. Атмосферное давление принять равным 1,013105 Па. Испарением жидкости внутри пузырька пренебречь. (Ответ: pmax = 1,3275105 Па; pmin =1,1348105 Па). 9. В городе площадью 400 км2 за 10 минут во время ливневого дождя выпало 20 мм воды. Подсчитать энергию и мощность тепловыделения от слияния капель во время дождя, если капли, достигшие Земли, имели диаметр 3 мм, а образовались из мелких капель с диаметром 310-3 мм. (Ответ: W = 1,161012 Дж; N = 1,95109 Вт). 10.Стеклянная трубка, заполненная ртутью (s = 0,5 Н/м), погружена нижним концом в широкий сосуд. Внутренний диаметр трубки 3 мм. Разность уровней ртути Н=750 мм. Найти атмосферное давление. (Ответ: Р = 1,01105 Па). 11.Какую работу надо произвести, чтобы выдуть мыльный пузырь (s =0,04 Н/м) диаметром d= 14 см, если процесс выдувания изотермический? Чему равно избыточное давление внутри этого пузыря? (Ответ: D р = 2,28 Па; А = 2,46 мДж). 12.В спирт (s =0,022 Н/м) опущена на ничтожную глубину трубка с диаметром внутреннего канала 0,5 мм. Каков вес вошедшего в нее спирта? (Ответ: р = 3,45 мкН). 13.Две стеклянные трубки, внутренние диаметры которых равны 0,2 мм и 0,3 мм, соединены внизу резиновой трубкой и заполнены водой. При каком условии уровень воды в трубках одинаков? (Ответ: D р = 486 Па). ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ 1. Молекулярно-кинетическая теория вещества. Характеристики молекул и количества вещества и связи между ними. Постоянные Авогадро и Лошмидта. 2. Агрегатные состояния вещества и их признаки. Статистический и термодинамический методы в молекулярной физике. 3. Эмпирические газовые законы, расширение твердых тел. Идеальный газ. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. 4. Давление идеального газа. Вывод основного уравнения молекулярнокинетической теории идеального газа. 5. Температура и ее физический смысл в молекулярно-кинетической теории (теплообмен и термодинамическое равновесие, термометрическое свойство и термометрическая величина). Термодинамическая шкала температур. 6. Вывод уравнения соответствующие состояния им идеального газа. Изопроцессы идеального газа. Изотермический законы и коэффициент сжимаемости, температурный коэффициент. 7. Скорости газовых молекул. Измерение скорости газовых молекул (опыт Штерна, метод молекулярных пучков). 8. Элементы теории величины, частота вероятности: и случайные вероятность, события дискретное и и случайные непрерывное распределение вероятности, плотность вероятности, условие нормировки, теоремы сложения и умножения, средние значения случайных величин, флуктуации. 9. Распределение Максвелла. Определение функции распределения молекул по проекциям скоростей (вывод). График функции распределения молекул по проекциям скоростей. 10.Распределение Максвелла. Определение функции распределения молекул по абсолютным значениям скоростей истолкование полученной функции. (вывод). Геометрическое 11.Распределение Максвелла в приведенном виде. Характерные скорости молекул при распределении Максвелла: наивероятнейшая скорость средняя и средне квадратичная скорости, средняя скорость по проекции, среднее значение модуля проекции скорости, средняя относительная скорость. Связь между характерными скоростями. 12.Распределение Больцмана. Барометрическая формула и закон Больцмана (вывод). 13.Распределение Максвелла по значениям кинетической энергии. Связь между распределением Максвелла и Больцмана. Распределение Максвелла-Больцмана. Распределение Больцмана для дискретного спектра значений энергии. 14.Броуновское движение. Расчет среднего квадрата смещения броуновской частицы (вывод формулы Эйнштейна-Смолуховского). 15.Элементы молекулярно-кинетической теории неравновесных процессов: равновесное и неравновесное состояния, процессы релаксации и процессы переноса. 16.Эффективный диаметр и эффективное сечение молекул газа. Средняя длина свободного пробега (вывод) и распределение свободных пробегов частиц. 17.Потенциальная кривая межмолекулярного взаимодействия и зависимость эффективного диаметра и длины свободного пробега молекул от температуры и давления для газов и жидкостей. 18.Общая теория процессов переноса в газах. Диффузия и самодиффузия. Коэффициент диффузии и его зависимость от температуры и давления. 19.Общая теория процессов переноса в газах. Вязкость или внутреннее трение. Коэффициент вязкости и его зависимость от температуры и давления. 20.Общая теория процессов переноса в газах. Теплопроводность. Коэффициент теплопроводности и его зависимость от температуры и давления. 21.Нулевое начало термодинамики. Термодинамические процессы: равновесные или квазистатические, обратимые и необратимые, круговые или циклические. 22.Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия, работа и теплота. Принцип эквивалентности теплоты и работы. 23.Теплоемкость идеального газа. Теплоемкость газа при постоянном объеме и постоянном давлении. Энтальпия. Число степеней свободы. Вывод уравнения Роберта-Майера. 24.Адиабатный процесс. Вывод уравнения Пуассона. Работа при адиабатном процессе. 25.Политропный процесс. Вывод и анализ уравнения политропы. 26.Классическая теория теплоемкости газов и твердых тел. Закон ДюлонгаПти. Недостатки классической теории теплоемкости. 27.Элементы квантовой теории теплоемкости твердых тел. Теория и формула Эйнштейна. Теория и закон Дебая. Температура Дебая и физический смысл температуры Дебая. 28.Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Формулировки второго начала термодинамики Клаузиуса, Кельвина и Планка. КПД тепловой и холодильной машины. 29.Идеальный обратимый (квазистатический) процесс. Цикл Карно. Работа цикла Карно (вывод). КПД цикла Карно (вывод). 30.Теорема Клаузиуса о приведенной теплоте. Энтропия и термодинамический смысл энтропии в идеальном обратимом процессе. 31.Математическое описание квазистатических изопроцессов на основе второго начала термодинамики. Т-S диаграммы. 32.Статистический смысл второго начала термодинамики. Вывод формулы Больцмана для энтропии. Закон возрастания энтропии Клаузиуса. Энтропия необратимых процессов. 33.Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Расчет поправок на объем и давление реального газа. Физический смысл постоянных в уравнении Вандер-Ваальса. 34.Теоретические изотермы реального газа Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние вещества и критические параметры состояния вещества. Опалесценция. Закон соответственных состояний. 35.Эффект Джоуля-Томсона. Внутренняя энергия реального газа. Термодинамика эффекта Джоуля-Томсона. Расчет дифференциального эффекта Джоуля-Томсона. Интегральный эффект Джоуля-Томсона. 36.Явления на границе жидкости. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение. Давление под изогнутой поверхностью. 37.Смачивание и несмачивание. Капиллярные явления. Формула Лапласа. 38.Фазовые равновесия и фазовые переходы. Диаграммы состояния. Тройная точка. Зависимость температуры фазового перехода от давления. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. 39.Характеристические функции. Соотношения Максвелла. Уравнения Гиббса-Гельмгольца. Первое и второе TdS-уравнения термодинамики. ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ 1. Основные положения молекулярно-кинетической теории, строение вещества с точки зрения МКТ. 2. Давление газа. Единицы измерения давления в СИ. Формула. Приборы для измерения давления. 3. Вывод основного уравнения М.К.Т. 4. Идеальный газ. Понятие, определение, внутренняя энергия идеального газа. 5. Абсолютный нуль температур. Термодинамическая температура. Определение, единицы измерения в СИ, формула связи шкалы термодинамической и шкалы Цельсия. 6. Параметры газа. Вывод объединенного газового закона. 7. Вывод уравнения Менделеева-Клапейрона. 8. Изопроцессы. Изотермический процесс, определение, закон, график. Изобарический процесс, определение, закон, график. Изохорический процесс, определение, закон, график. Физический смысл молярной газовой постоянной. 9. Понятие внутренней энергии, способы изменения. Теплообмен, виды теплообмены, примеры. 10.Внутренняя энергия одноатомного, двухатомного и многоатомного газа. Единицы измерения внутренней энергии в СИ. 11.Изменение внутренней энергии? Количество теплоты, определение формула, единицы измерения в СИ, удельная теплоемкость вещества. 12.Количество теплоты необходимое для сжигания топлива. Удельная теплота сгорания топлива. 13.КПД определение, обозначение, формула. 14.Уравнение теплового баланса. Закон сохранения энергии. 15.Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. 16.Адиабатный процесс. Определение, формула, график, адиабатное сжатие, расширение. 17.Процесс парообразования. Процесс конденсации. Определение. 18.Процесс испарения с точки зрения М.К.Т. Факторы, влияющие на процесс испарения. 19.Теплота парообразования. Определение. Удельная теплота парообразования. 20.Процесс кипения с точки зрения М.К.Т. 21.Понятие насыщенного пара и ненасыщенного пара. Их свойства. 22.Критическое состояние вещества, критические параметры. 23.Второе начало термодинамики. Понятие тепловой двигатель, принцип действия, КПД. 24.Влажность. Относительная и абсолютная влажность. Определение. Формула для определения влажности. Точка росы. Приборы для измерения влажности. Значение влажности в природе и жизни человека. 25.Сжиженный газ и перегретая жидкость. Определение. Применение в технике. ВОПРОСЫ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ Работа 1. Определение отношения теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме методом Клемана и Дезорма. 6. Теплоемкость тела. Удельная и молярная теплоемкости, связь между ними. 7. Первое начало термодинамики. Теплоемкости при постоянном давлении и постоянном объеме. Уравнение Роберта Майера (вывод). 8. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул идеального газа. Закон равнораспределения энергии. Классическая теория теплоемкости газа. 9. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона для адиабатического процесса (вывод) (лекции №10, 11, 12). 10.Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 2. Определение коэффициента вязкости. 4. Молекулярно-кинетическая теория явлений переноса. Вязкость газов как явление переноса молекулами количества вещества. Коэффициент вязкости газов (вывод). 5. Зависимость вязкости газов и жидкостей от температуры (лекции №8, 9). 6. Вывод рабочей формулы (формула Пуазейля) (методическое указание). Работа 3. Определение длины свободного пробега и эффективного диаметра молекулы воздуха путем измерения коэффициента внутреннего трения. 4. Число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул (вывод). Эффективный диаметр молекул, эффективное сечение межмолекулярного взаимодействия. Зависимость длины свободного пробега молекул от давления и температуры. Формула Сезерленда (лекция №8). 5. Вязкость газов. Коэффициент вязкости газов (вывод) (лекция №9). 6. Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 4. Определение коэффициента внутреннего трения жидкостей по методу Стокса. 4. Различие механизма вязкости в газах и жидкостях. Зависимость коэффициента вязкости жидкости и газов от температуры (лекция №9). Формула Френкеля (приложение к методическому указанию). 5. Сила сопротивления при движении тел в жидкостях и газах. Формула Стокса (приложение к методическому указанию). 6. Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 5. Определение теплопроводности воздуха. 4. Явления переноса в газах. Молекулярно-кинетическая теория явлений переноса. Общее уравнение переноса (лекция №8). 5. Механизмы переноса тепла в газах (конвекция, излучение, теплопроводность). Коэффициент теплопроводности газов и его зависимость от давления, температуры и массы газа (лекция №9). 6. Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 6. Определение молярной массы и плотности воздуха методом откачки. 5. Что называется относительной атомной и относительной молекулярной массами? Что такое моль вещества? Молярная масса и как она связана с относительной молекулярной массой? Единицы измерения указанных величин (лекция №1). 6. Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ) вещества, их экспериментальное обоснование (лекция №1). 7. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ идеального газа. Уравнение Клапейрона-Менделеева (вывод). Изопроцессы в идеальных газах (лекции №2,3). 8. Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 7. Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости. 5. Явление поверхностного натяжения и его объяснение в молекулярнокинетической теории. Коэффициент поверхностного натяжения и его физический смысл. Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от температуры (вывод) [1, c.343]. 6. Давление под изогнутой поверхностью жидкости. Формула Лапласа (вывод) [3, c.231-244], [4, c/262-270], [5, c.366-375], [7, c.438-451], [8, c.111-115]. 7. Явление смачивания и несмачивания. Капиллярные явления. 8. Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 8. Определение теплоемкости металлов калориметрическим методом. 4. Классическая теория теплоемкости твердых тел. Закон Дюлонга-Пти. 5. Элементы квантовой теории теплоемкости твердых тел (формула Эйнштейна, закон Дебая), температура Дебая (лекции №12, 13). 6. Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 11. Определение коэффициента теплопроводности твердых тел. 4. Механизм теплопроводности твердых тел. Коэффициент теплопроводности твердых тел (лекция №13) [3, c.279-280]. 5. В чем состоят главные различия механизмов переноса тепла в твердых телах и переноса тепла в газах? 6. Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 14. Определение коэффициента линейного расширения металлов. 4. Основные положения молекулярно-кинетической теории вещества. Межмолекулярное взаимодействие. Зависимость сил межмолекулярного взаимодействия от расстояния между молекулами. 5. Агрегатные состояния вещества. Кристаллические и аморфные тела. Тепловое линейное и объемное расширение твердых тел. Объяснение теплового расширения твердых тел на основе потенциальной кривой межмолекулярного взаимодействия (лекции №1,2). 6. Вывод коэффициента линейного теплового расширения (методическое указание). Работа 15. Измерение энтропии при плавлении олова. 5. Первое и второе начала термодинамики. Статистический характер второго начала термодинамики. 6. Сформулируйте термодинамический и статистический смысл энтропии (лекции №10, 14, 15). 7. Объясните, как и почему изменяется энтропия при плавлении и кристаллизации твердых тел. 8. Вывод рабочей формулы (методическое указание). Работа 16. Определение вязкости жидкости по методу Пуазейля. 4. Объясните различие механизма вязкости в газах и жидкостях (лекция №9). 5. Получите зависимость вязкости жидкости от температуры. Формула Френкеля (приложение к методическому указанию). 6. Вывод рабочей формулы. Ламинарное и турбулентное течение. Число Рейнольдса. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) ШКОЛА ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК ЛИТЕРАТУРА Молекулярная физика 010707.65 специальность «медицинская физика» Основная литература 1. Тюрин Ю. И., Чернов И. П., Крючков Ю. Ю. Физика. Ч.1. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика: учебник для технических университетов. – Томск: Изд-во Томского ун-та, 2002. – 502 с. 2. Савельев И. В. Курс общей физики: В 5 кн.: кн. 1: учебное пособие для втузов. – М.: ООО «Издательство Астрель», 2004. – 336 с. 3. Чернов И. П., Ларионов В. В., Веретельник В. И. Физический практикум. Часть 1. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика: учебное пособие для технических университетов. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004. – 182с. 4. Чернов И. П., Ларионов В. В., Тюрин Ю. И. Физика: Сборник задач. Часть 1. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика: учебное пособие. – Томск: Изд-во Томского ун-та, 2004. – 390 с. 5. Ерофеева Г. В. Интерактивная обучающая система по физике: Учебное пособие. – Томск: Изд-во Том. Ун-та, 2003. – 470 с. 6. Яворский Б. М., Пинский А. А. Основы физики. Т. 1. – М.: Наука, 1991 Трофимова Т. И. Курс физики: учеб. пособие для вузов. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 560 с. 7. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. В 9 т.: т. 1. – М.: Мир. 1978. 8. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Курс теоретической физики: В 10 т.: т. 1: Механика. – М.: Физматлит, 2002. – 224 с. 9. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: учебное пособие для втузов. – 4-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2002. – 718 с Дополнительная 10..Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. «Наука», М., 1976г. 11.Радченко И.В. Молекулярная физика. «Наука», М., 1965г. 12.Телеснин Р.В. Молекулярная физика. «Высшая школа», М., 1973г. 13.Матвеев А.Н. Молекулярная физика. «Высшая школа», М., 1981г. 14.Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1. «Наука», М., 1977г. 15.Савельев И.В. Курс общей физики. Т.3. «Наука», М., 1977г. 16.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.2. «Наука», М., 1990г. 17.Трофимова Т.И. Курс физики. «Высшая школа», М., 1990г. 18.Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. «Высшая школа», М., 1989г. 19.Физический энциклопедический словарь. М., 1984г. 20.Зисман Г.А., Тодес. О.М. Курс общей физики. Т.1. «Наука». М., 1974г. 21.Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. Т.1, М., 1962г. 22.Иродов И.В. Задачи по общей физике. «Наука», М., 1988г. 23.Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике. «Наука». М.,1988г. 24.Сахаров Д.И. Сборник задач по физике. М., 1968г. 25.Бабаджан Е.И., Гервидс В.И., Дубовик В.М., Нерсесов Э.А. Сборник качественных вопросов и задач по общей физике.//Учеб. Пособие для втузов. – М., 1990г. 26.Ноздрев В.Ф., Сенкевич А.А. Курс статистической физики. «Высшая школа», М., 1969г. 27.Физический энциклопедический словарь. М., 1984г. 28.Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т.4., «Мир», М., 1965г. 29.Василевский А.С., Мултановский В.В. Статистическая физика и термодинамика. М., 1985г. 30.Кухлинг Х. Справочник по физике. М., 1982г. Электронные ресурсы: 3. Леденев, А. Н. Физика. Книга 2. Молекулярная физика и термодинамика [Электронный ресурс] : учебное пособие в 5 книгах / А. Н. Леденев. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 208 с. - ISBN 5-9221-0462-4. http://znanium.com/bookread.php?book=421347 4. Сивухин, Д. В. Общий курс физики. Том II. Термодинамика и молекулярная физика [Электронный ресурс] : Учеб. пособие для вузов в 5 т. / Д. В. Сивухин. - 5-е изд., испр. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 544 с. - ISBN 5-9221-0601-5. http://znanium.com/bookread.php?book=421595