Термодинамика, статистическая физика и физическая кинетика

内容描述: Содержание курса направлено на изучение обучающимися основных вопросов в области термодинамики и статистической физики и способствует формированию у будущих специалистов теоретических знаний о физических процессах, происходящих в макроскопических системах.

贷款数: 5

Пререквизиты:

• Избранные главы современной физики

*СomplexityDiscipline(zh-CN)*:

零件: Вузовский компонент

循环次数: Профилирующие дисциплины

Цель

• Ознакомление с основными законами термодинамики открытых систем и методами получения современных материалов, а также с основными механизмами превращений в твердом состоянии, знание которых позволяет получать материалы с заранее заданными свойствами. Изучение основных физических закономерностей формирования структуры и свойств кристаллических материалов в процессе их получения и последующей обработки. Изучение фазовых превращений в твердых телах, необходимых для выполнения самостоятельных научных исследований и лабораторного практикума в рамках учебного плана.

Задача

• Изучения дисциплины – раскрыть физическую сущность явлений, происходящих в материалах при воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации и их влияние на свойства материалов. Установить взаимосвязь между составом, строением и свойствами материалов. Изучить теорию и практику термического, химико-термического и других способов упрочнения материалов. Изучить основные типы соединительных технологий, группы современных материалов, их свойства и области применении.

Результат обучения: знание и понимание

• - методы получения пленок аморфного кремния; методы получения легированных полупроводников; методы получения p-n переходов. - моделировать полупроводниковые приборы.

Результат обучения: применение знаний и пониманий

• Выработать единый подход к решении теоретических и практических задач современной науки, создать стройную систему общих подходов к решению физико-технических задач, овладеть статистическими методами современной науки, выработать навыки выявления новых роцессов, пригодных для практического использования.

Результат обучения: формирование суждений

• Формирование у докторантов способностей систематизации знаний по термодинамике, статистической физике и физической кинетики и применений этих знаний к решению новых проблем технической физики.

Результат обучения: коммуникативные способности

• Умению корректно формулировать основные тактические и технико-экономические требования к изучаемым техническим объектам и грамотно использовать существующие научно-технические средства их реализации.

Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе

• - по решению теоретических и практических задач проектирования полупроводниковых приборов; по исследованию и проектированию приборов с заданными характеристиками на основе полупроводников.

*TeachingMethods(zh-CN)*

При чтении лекций по данной дисциплине используется такой неимитационный метод активного обучения, как «Проблемная лекция». Перед изучением модуля обозначается проблема, на решение которой будет направлен весь последующий материал модуля. При чтении лекции используются мультимедийные презентации. При выполнении практических работ используются прием интерактивного обучения «Кейс-метод»: выдается задание магистрантам для подготовки к выполнению работы; с преподавателем обсуждается цель работы и ход её выполнения; цель анализируется с разных точек зрения, выдвигаются гипотезы, делаются выводы, анализируются полученные результаты. В качестве инновационных методов контроля используется: промежуточное и итоговое тестирование

Темы лекционных занятий

• 1. Основы статистического метода исследования макроскопических систем. Предмет и методы термодинамики и статистической физики. Микросостояния в классической механике. Уравнение Лиувилля.
• 2. Микросостояния в квантовой механике.
• 3. Термодинамические контакты систем. Энтропия и температура, флуктуации. Второе начало термодинамики. Химический потенциал. Большое каноническое и каноническое распределения (ансамбли).
• 4. Эквивалентность равновесных ансамблей. Различные представления энтропии. Функции распределения Ферми - Дирака и Бозе - Эйнштейна.
• 5. Обратимые (равновесные) и необратимые (неравновесные) процессы. Давление. Основное уравнение термодинамики для квазистатических процессов. Термодинамические системы во внешних электрических и магнитных полях.
• 6. Цикл Карно, теоремы Карно. Третий закон термодинамики, теорема Нернста - Планка. Теплоемкость системы. Термодинамические потенциалы. Соотношения взаимности Максвелла.
• 7. . Некоторые свойства якобианов и их приложение в термодинамике. Связь между Cp и Cv. Условия равновесия термодинамических систем, находящихся в контакте с термостатом. Термодинамические неравенства. Адиабатические процессы. Следствия третьего закона термодинамики.
• 8. Одночастичный спектр. Классический идеальный газ. Теплоемкость двухатомного идеального газа. Смеси идеальных газов. Идеальный газ в силовом поле. Распределение Максвелла по скоростям в идеальном газе.
• 9. Вырожденный идеальный Ферми-газ. Вырожденный Бозе-газ. Бозе-конденсация. Черное излучение. Термодинамика кристаллической решетки. Теория Дебая.
• 10. Разреженные газы нейтральных частиц. Вириальное разложение уравнения состояния. Вириальное разложение с использованием большого канонического распределения. Метод частичных функций распределения.
• 11. Цепочка уравнений для равновесных функций распределения. Уравнение состояния (давление) реального газа (уравнение Ван-дер-Ваальса). Теория Дебая - Хюккеля для равновесной разреженной плазмы.
• 12. Условия сосуществования фаз. Фазовые переходы. Уравнение Клапейрона - Клаузиуса. Критическая точка. Фазовые переходы первого и второго рода. Тройная точка. Фазовые диаграммы. Правило фаз Гиббса. Поверхностное натяжение.
• 13. Мера флуктуаций. Формула Эйнштейна для вероятности флуктуаций. Гауссово распределение вероятности малых флуктуаций. Флуктуации системы, помещенной в термостат. Рассеяние света флуктуациями. Формула Рэлея. Корреляция флуктуаций во времени. Теорема Винера - Хинчина.
• 14. Кинетическое уравнение для классических систем. Кинетическое уравнение Больцмана. Уравнения Власова для бесстолкновительной плазмы.
• 15. Теория броуновского движения. Основное кинетическое уравнение (уравнение баланса). Н - теорема Больцмана. Случайные марковские процессы. Уравнение Смолуховского. Уравнение Фоккера - Планка.

Основная литература

• 1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Курс теоретической физики. Т.5. (1976) 2. Румер Ю.Б., Рывкин М.Ш. Термодинамика. Статистическая физика.М.: Изд. МГУ, 1991. – 552 с 3. .Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Теория равновесных систем. (1991) 4. Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Теория неравновесных систем. (1987) 5. Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Курс теоретической физики. Т.Х. (1979) 6. Базаров И.П., Геворкян Э.В., Николаев П.Н. Термодинамика и статистическая физика. (1986) 7. Базаров И.П., Геворкян Э.В., Николаев П.Н. Неравновесная термодинамика и физическая кинетика. (1989) 8. Скаков М.К , Жилкашинова А.М., Козлов Э.В., Попова Н.А. Структура, фазовый состав и основные механизмы деформационного упрочнения стали Гадфильда.- Усть-Каменогорск, ВКГТУ, 2010,-124с. 9. Металлические стекла: Ионная структура, электронный перенос и кристаллизация. Под ред. Г.-Й. Гюнтеродта, Г. Бека, М.: Мир. 1983. 10. Леонтович М.А. Введение в термодинамику. Статистическая физика.М.: Наука, 1983. – 405 с. 11. Энциклопедия низкотемпературной плазмы: в 4-х тт. Том 3-й. Под ред. Фортова В.Е. М.: Интерпериодика. 2000.