Бағдарламасы көлемі 2 кредит (90 сағАТ)

Педагогикалық жоғары оқу орындарының теориялық физиканы оқытудың негізгі мақсаттарының бірі келешек физика пәні мұғалімдерінің дұрыс көзқарасын қалыптастыру болып табылады. Сондықтан студенттердің назарларын тек теориялық физиканың есептеу тәсілдеріне ғана көңіл аудару емес, сонымен бірге проблеманың идеялық жақтарын, олардың сапалық мазмұнын талқылауға жұмылдыру керек.

Теориялық физика курсын оқыған кезде тәжірибелер қорытындыларын баяндауда, методологиялық жалпылама талдауда және оқылатын физикалық теория мен қазіргі заманғы техниканың политехникалық оқыту практикасының байланысын көрсетуге айрықша көңіл бөлу керек.

“Статистикалық физика мен кинетикалық физика негіздері” бөлімінде макроскоптық процестерді зерттеудің статистикалық әдістерін оқып-үйренуге аса көңіл аударылып, ал феноменологиялық термодинамиканың орнына (бұл физиканың жалпы курсында жеткілікті қарастырылған) статистикалық термодинамика қарастырылады.

1 Кіріспе. Материяның кинетикалық теориясының даму тарихы. Макроскоптық процестерді зерттеудің екі әдісі: феноменологиялық термодинамика және статистикалық физика. Термодинамикалық әдістің жалпылығы және кемшілігі. Статистикалық физика-макроскопиялық процестер теориясының негізі.

2 Статистикалық физиканың негізгі қағидалары. Макроскоптық системаны макроскоптық жолмен түсіндіру және макропроцестердің статистикалық сипаты. Фазалық кеңістіктегі үлестер функциясы. Макроскопты шамалар -микроскопты айнымалалардың фазалық ортасы ретінде. Фазалық көлемнің сақталуы жөнінде Лиувилль теоремасы. Статистистикалық үлестірудің аддитивті сақталу заңдарымен байланысы. Квазибайланыссыз подсистемалар және Гиббстің каноникалық ансамблі. Классикалық статистикадағы микроканоникалық үлестіру. Кванттық статистиканың ерекшеліктері. Кванттық жағдайдағы микроскоптық үлестіру. Статистикалық үлес. Квазиклассикалық қарастыру (кванттық ұяшық әдісі). Кванттық статистикадан классикалық статистикаға ауысу. Энтропияны статистикалық жолмен анықтау.

3 Статистикалық термодинамика. Макроскоптық системаны термодинамикалық шамалар көмегімен түсіндіру. Тепе-теңдікте емес процестер. Системаның ішкі энергиясы. Термодинамиканың бірінші заңы. Жұмыс, жылу және ішкі энергияның өзгерісіне енетін құрама бөліктер. Күй функциясы және процесс функциясы. Температураны термодинамикалық жолмен анықтау. Негізгі термодинамикалық тепе-теңдік қатысы. Түрлі изопроцестер үшін жұмыс пен жылу мөлшерін есептеу. Термодинамиканың екінші заңы, оның түрлі формулировкасы. Қайтымды және қайтымсыз процестер. Термодинамиканың екінші заңының статистикалық мәні. Энтропияның күй ықтималдылығымен байланысы. Тұйық система энтропиясының артуын ең ықтималды тепе-теңдік күйге ауысу ретінде қарау. Әлемнің “жылудан опат болу” теориясын сынау. Процестердің максималды жұмысы. Процестің қайтымдылығын максималды жұмыс алу шарты ретінде қарау. Термодинамикалық функциялар (ішкі энергия, еркіндік энергиясы, жылу функциясы, Гиббстің термодинамикалық потенциалы) және олардың қасиеттері. Термодинамикалық шамалардың бөлшек санына байланыстылығы. Химиялық потенциал. Макроскоптық системаның төменгі температурадағы сипаты. Абсолют ноль - энергияның мүмкіндігінше аз мәніне сәйкес келетін температура. Нернст теоремасы және оның салдары (абсолют нольге жақын температурадағы жылу сыйымдылық пен көлемдік ұлғаю коэффициентінің өзгеріс беталысы). Абсолют нольге жетуге болмайтындық. Электромагнит өрісіндегі мароскоптық система үшін термодинамикалық қатыстар. Адиабаттық магнитсіздендіру.

4 Гиббстің каноникалық үлестірілуі. Кванттық статистикадағы Гиббс үлестірілуі. Статистикалық қосынды және оны системаның бос энергиясымен байланыстыратын қатынас. Осы қатыстың принципиалды ролі (термодинамикалық шамалардың системаның энергетикалық спектрімен байланысы). Классикалық статистикадағы күйлер интегралы. Гиббс үлестіруінен термодинамикалық қатыстарды шығару.

5 Идеалды және реалды газдардың қасиеттері. Сиретілген идеалды газдар үшін жазылған Больцман статистикасы. Идеал газ молекулаларының өздерінің жылдамдықтары бойынша үлестірілуі (Максвелл үлестірілуі). Сыртқы өрістегі идеал газ, Больцман формуласы. Барометрлік формула. Атмосфераның әлем кеңістігіне шашырауы. Идеал газдың энтропиясы және бос энергиясы.

6 Фазалар тепе-теңдігі және фазалық ауысулар. Гиббстің термодинамикалық потенциалының экстремальды қасиеттері және фазалар тепе-теңдігінің шарты. Таза заттың екі фазасының тепе-теңдігі. Температуралары, қыымы және химиялық потенциалдарының өзара теңдігі. Фазалар тепе-теңдігінің қисық сызығы. Клайперон-Клаузиус теңдеуі. Қатты дене-сұйық, сұйық-газ системаларының тепе-теңдігі. Қаныққан бу қысымының температураға байланысы. Кризистік нүкте. Таза заттың үш фазасының тепе-теңдігі, үштік нүкте. Көпкомпонентті системалардың (ертінділердің) тепе-теңдік шарттары. Гиббстің фаза ережесі. Бірінші және екінші тектес фазалық ауысулар. Термодинамикалық шамалар мен олардың туындыларының фазалық ауысу кезіндегі өзгеру беталысы.

7 Бірдей микробөлшектерден тұратын системалардың кванттық статистикасы. Ферми-Дирак және Бозе-Эйнштейн үлестірулері. Больцман, Ферми-Дирак және Бозе-Эйнштейн статистикаларын салыстыру. Азғындау белгісі. Металдардағы бос электрондар азғындаған электрондық газ ретінде. Азғындаған электрондық газдың ішкі энергиясы және жылусыйымдылығы. Азғындаған Бозе-газдағы конденсациялау құбылысы. Бозе-Эйнштейн статистикасы көмегімен фотондар газының қасиеттерін түсіндіру. Планк, Рэлей-Джинс және Вин формулалары.

8 Флуктуация теориясының элементтері. Гаусс үлестірілуі және негізгі термодинамикалық шамалардың флуктуациясы. Жарықтың молекулаларда шашырауы және аспанның көгілдір түрі.

9 Тепе-теңсіз процестер теориясының негіздері. Кинетикалық коэффициенттер. Онсагердің кинетикалық коэффициенттерінің симметриялық принциптері. Больцманның кинетикалық теңдеуі және детальды тепе-теңдік принципі. Соқтығысу интегралы. Релаксация уақыты және еркіндік жолының ұзындығы. Броун қозғалысы, Эйнштейн-Смолуховский формуласы. Газдардағы термодиффузия, диффузия коэффициенті. Газдардың жылуөткізгіштігі және тұтқырлығы.