Общая физика (молекулярная физика и основы статистической термодинамики)

内容描述: В рамках данной дисциплины студенты знакомятся с основами молекулярной физики, классической термодинамики и элементами статистической механики, развивают научное мышление и приобретают навыки/умения применения законов термодинамики для решения исследовательских и инженерных задач.

贷款数: 5

*СomplexityDiscipline(zh-CN)*:

*TypesOfClasses(zh-CN)*	*hours(zh-CN)*
*Lectures(zh-CN)*	30
*PracticalWork(zh-CN)*	30
*LaboratoryWork(zh-CN)*	30
*srop(zh-CN)*	30
*sro(zh-CN)*	30
*FormOfFinalControl(zh-CN)*	экзамен
*FinalAssessment(zh-CN)*

零件: Вузовский компонент

循环次数: Базовые дисциплины

Цель

• Создание у студентов основ достаточно широкой теоретической подготовки в области физики, а именно в разделе молекулярная физика и основы статистической термодинамики, позволяющей будущим инженерам ориентироваться в потоке научной и технической информации и обеспечивающей им возможность использовать новые физические принципы в тех областях техники, в которых они специализируются.

Задача

• Выработка у студентов умения и навыков решения обобщенных типовых учебных задач дисциплины по разделу молекулярная физика и основы статистической термодинамики (теоретических и экспериментально-практических).

Результат обучения: знание и понимание

• Усвоение студентами основных физических явлений и законов молекулярной физики и статистической термодинамики, основ методов физического исследования.

Результат обучения: применение знаний и пониманий

• Ознакомление студентов с измерительной аппаратурой, выработка умения проводить экспериментальные исследования, обрабатывать результаты эксперимента и анализировать их.

Результат обучения: формирование суждений

• Формирование у студентов научного мышления и диалектического мировоззрения, правильного понимания границ применимости различных физических понятий, законов, теорий и умения оценивать степень достоверности результатов, полученных с помощью экспериментальных или математических методов исследования.

Результат обучения: коммуникативные способности

• Уметь организовывать свой труд, оценивать с большой степенью самостоятельности результаты своей деятельности, владеть навыками самостоятельной работы; уметь применять базовые знания в профессиональной деятельности; владеть теорией и навыками практической работы; анализировать полученные результаты, делать необходимые выводы и формулировать предложения; представлять полученные в исследованиях результаты в виде отчетов

Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе

• Решение качественных и количественных физических задач, анализировать и находить методы решения физических проблем, развиваются способности и интерес к самостоятельному мышлению и творческой деятельности.

*TeachingMethods(zh-CN)*

При проведении учебных занятий предусматривается использование следующих образовательных технологий: - интерактивная лекция (использование следующих активных форм обучения: исполнительная (управляемая) дискуссия или беседа; модернизация; демонстрация слайдов или учебных фильмов; мозговой штурм; мотивационная речь); - построение сценариев развития различных ситуаций на основе заданных условий; - информационно-коммуникационные (например, занятия в компьютерном классе с использованием профессиональных пакетов прикладных программ); - поисково-исследовательская (самостоятельная исследовательская деятельность студентов в учебном процессе); - решение учебных задач.

Темы лекционных занятий

• Молекулярная физика и основы термодинамики 1. Состояние системы. Идеальный газ. Масса и размеры молекул. Состояние системы. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы идеального газа: изотермический, изобарический, изохорический. Первый закон термодинамики. Уравнение кинетической теории газов для давления. Средняя кинетическая энергия поступательного движения одноатомной молекулы и ее связь с температурой. 2. Элементарная кинетическая теория газов Число ударов молекул газа о стенку сосуда. Давление идеального газа на стенку. Уравнение кинетической теории газов для давления. Постоянная Больцмана. Средняя кинетическая энергия поступательного движения одноатомной молекулы и ее связь с температурой. Равнораспределение энергии по степеням свободы. Число степеней свободы и средняя энергия многоатомной молекулы. Внутренняя энергия газа. 3.Теплоемкость идеального газа. Политропические процессы Теплоемкость идеального газа. Изохорическая и изобарическая теплоемкости. Уравнение адиабаты идеального газа. Политропические процессы. Работа идеального газа при различных процессах. 4. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Экспериментальные изотермы. Критическое состояние вещества. Критические параметры. Внутренняя энергия реального газа.Второе начало термодинамики и энтропия. 5. Второе начало термодинамики (формулировка Кельвина и Клаузиуса). Тепловой двигатель. Цикл Карно. КПД цикла Карно.Энтропия. Изменение энтропии при необратимых процессах. Природа необратимых процессов. Статистический смысл второго начала термодинамики. Флуктуация макроскопических параметров состояния. Теорема Нернста. Внутренняя энергия. Свободная энергия. Эффект Джоуля-Томсона. Сжижение газов 6. Основы статистической физики. Элементы теории вероятности.Хаотичность движения молекул и флуктуации макроскопических параметров подсистемы.Элементы теории вероятности. Статистический ансамбль. Определение вероятности с помощью статистического ансамбля. Функция распределения. Свойства вероятности. Условие нормировки. Теоремы сложения и умножения вероятностей. Вычисление средних и их свойства. Распределение Пуассона. Распределение гаусса. 7. Распределение молекул по скоростям и энергиям. Распределение молекул по скоростям и энергиям. Распределение Максвелла. Наиболее вероятная, средняя арифметическая и средняя квадратичная скорости молекул. Распределение молекул по энергии. Экспериментальное определение скоростей молекул. Опыты Ламмерта и Штерна. Идеальный газ в поле сил тяжести. Изменение плотности газа с высотой. Распределение Больцмана. Барометрическая формула. Распределение Максвелла-Больцмана (без вывода). 8.Явления переноса Средняя длина свободного пробега. Явления переноса. Перенос массы, импульса и энергии при тепловом движении молекул. Диффузия, вязкость и теплопроводность в газе. Экспериментальные законы диффузии, вязкости и теплопроводности. Молекулярно-кинетический расчет коэффициентов диффузии, вязкости и теплопроводности газов. Броуновское движение и диффузия. 9. Фазовые равновесия и превращения Понятие фазы и агрегатного состояния. Равновесие фаз. Кристаллизация и плавление. Испарение и конденсация. Насыщенный пар. Пересыщенный пар и перегретая жидкость. Кипение. Теплота фазового перехода. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Диаграмма состояния. Тройная точка. Метастабильные состояния. 10. Жидкости и кристаллы Жидкости и кристаллы. Ближний порядок. Тепловое движение в жидкостях. Поверхностное натяжение. Явления на границе жидкости и твердого тела. Краевой угол. Поверхностное давление. Капиллярные явления.

Основная литература

• 1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. - М.: Высшая школа, 2002. 2. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2003. 3. Савельев И.В. Курс физики, т. 1- 3. – М.: Наука, 1989. 4. Жаксылыкова А.А., Паюк В.А. Курс лекций по физике. Часть 1. – Усть-Каменогорск, ВКГТУ, 2009. 5. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике.–М: Высшая школа,1981. 6. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. – М.: Наука, 2003. 7. Методические указания к лабораторным работам по физике. – Усть-Каменогорск: УКСДИ, 2002-2012. 8. Жаксылыкова А.А. Физика 1, 2. Учебно-методическое пособие к практическим занятиям и самостоятельной работе для студентов технических вузов.- Усть-Каменогорск: ВКГТУ, 2010. 9. Жаксылыкова А.А. Презентации лекций по Физике в Power Point. . – Усть-Каменогорск: УКСДИ, 2006-2012.