Алдыңғы реквизиттер: осы пәнді оқыту үшін керек болатын алдыңғы пәндер: жалпы физика, математика.
Соңғы реквизиттер: Кванттық механика, заттардың электрондық теориясы.
2.2. Оқу жоспарының көшірмесі
1-кесте
Курс
|
Семестр
|
Несиелер
|
Апта бойынша академиялық сағаттар саны
|
Дәрістер
|
СӨЖ
|
СӨОЖ
|
Бақылау түрі
|
Барлығы
|
4
|
7
|
2
|
2
|
2
|
2
|
емтихан
|
6
|
2.3. Студенттердің білімдерін бағалау жүйесі
2-кесте
Әріптік жүйе бойынша
|
Балл бойынша
|
Пайыздық мазмұнда
|
Баға
|
А
|
4
|
95-100
|
үздік
|
А-
|
3,67
|
90-94
|
|
В+
|
3,33
|
85-89
|
жақсы
|
В
|
3,0
|
80-84
|
|
В-
|
2,67
|
75-79
|
|
С+
|
2,33
|
70-74
|
қанағаттанарлық
|
С
|
2,0
|
65-69
|
|
С-
|
1,67
|
60-64
|
|
Д+
|
1,33
|
55-59
|
|
Д-
|
1,0
|
50-54
|
|
F
|
0
|
0-49
|
қанағаттанарлықсыз
|
2.4. Бақылау түрлері бойынша рейтингтік бағдардың бөлінуі
3-кесте
№
|
Студенттердің жұмысы мен сабақ түрі
|
Балл бойынша
|
1
|
Дәрістер
|
10
|
2
|
СӨОЖ
|
20
|
3
|
Аралық бақылау
|
10
|
4
|
СӨЖ
|
20
|
|
Барлығы
|
60
|
2.5. Емтихан нәтижелері бойынша рейтингтік балдардың бөлінуі
4-кесте
Студенттердің жауаптарының бағалануы %
|
Балдары
|
Бағасы
|
90-100
|
37-40
|
5 (өте жақсы)
|
75-89
|
31-36
|
4 (жақсы)
|
50-74
|
20-30
|
3 (қанағаттанарлық)
|
0-49
|
0-19
|
2 (қанағаттанарлықсыз)
|
Курс саясаты:
сабаққа қатысу — міндетті;
сабаққа кешігуге болмайды;
ұялы телефондар өшірулі болуы керек;
тапсырманы уақытында тапсырмау арқылы бағасы 0,8 0/0-ке төмендетіледі;
алдау негізінде тапсырылған жұмыс есептелінбейді, “қанағаттанарлықсыз” деп бағаланады.
2.6. Пән мазмұны.
Сабақтарды сағат бойынша бөлу
Пәннің күндізгі бөлімге арналған тақырыптық жоспары
5-кесте
|
Тақырыптар тізімі
|
Сағат саны
|
Дәрістер
|
СӨЖ
|
СОӨЖ
|
1
|
Статистикалық физика және кинетикалық теория пәнінен кіріспе.
|
2
|
-
|
-
|
2
|
Статистикалық физиканың негізгі қағидалары
|
4
|
4
|
-
|
3
|
Статистикалық термодинамика
|
6
|
6
|
4
|
4
|
Гиббстің каноникалық үлестірілуі
|
2
|
2
|
6
|
5
|
Идеал және реал газдар қасиеті
|
4
|
6
|
4
|
6
|
Фазалық тепе-теңдігі және фазалық ауысулар
|
2
|
6
|
4
|
7
|
Бірдей микробөлшектерден тұратын системалардың кванттық статистикасы
|
4
|
2
|
4
|
8
|
Флуктуация теориясының элементтері
|
2
|
2
|
4
|
9
|
Тепе-теңдік емес процестер теориясының негізі
|
4
|
4
|
4
|
|
Барлығы
|
30
|
30
|
30
|
2.7. Пәннің тақырыптық жоспары
6-кесте
№
|
Тақырыбы
|
Қысқаша мазмұны
|
1.
|
Статистикалық физика және кинетикалық теория пәнінен кіріспе
|
Материяның кинетикалық теориясының даму тарихы. Макроскопиялық процестердізерттеудің екі әдістері: феноменологиялық термодинамика және статистикалық физика және статистикалық физика - макроскопиялық процестер теориясының негізі.
|
2.
|
Статистикалық физиканың негізгі қағидалары
|
Макроскопиялық системаны микроскоптық жолмен түсіндіру және макропроцестердің статистикалық сипаты. Фазалық кеңістіктегі үлестер функциясы. Макроскопты шамалар-микроскопты айнымалылардың фазалық ортасы ретінде. Фазалық көлемнің сақталу жөніндегі Луивилль 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
|
Термодинамикалық шамалар арқылы макроскопиялық системаны түсіндіру. Тепе-теңдік емес процестер. Системаның ішкі энергиясы. Термодинамиканың бірінші заңы (жұмыс пен жылу 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 ықтималдылығына 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 бетылысы). Абсолют нольге жетуге болмайтындық. Электромагнит өрісіндегі мароскоп 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
|
Идеал және реал 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.
Идеал газ күйінің теңдеуін шығару. жәнежылусыйымдылықтар арасындағы байланыс. Классикалық статистикалық тең үлестіру заңы. Біратомды, екі атомды идеал газдар жылусыйымдылығының классикалық және кванттық теориясы. Реал газдар молекулаларының арасындағы әсерлесуі есепке алу. Қосарлы әсерлесу жуықтау жолымен есептегендегі біратомды идеалды емес газ күйінің теңдеуі. Ван-дер-Вальс теңдеуі.
|
6
|
Фазалық тепе-теңдігі және фазалық ауысулар
|
Гиббс 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 бет алысы.
.
|
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.
|
2.8. Пәннің сыртқы бөліміне арналған (5 жылдық 4 курс) тақырыптық жоспары
6-кесте
|
Тақырыптар тізімі
|
Сағат саны
|
Дәрістер
|
СӨЖ
|
СОӨЖ
|
1
|
Статистикалық физика және кинетикалық теория пәнінен кіріспе
|
1
|
1
|
-
|
2
|
Статистикалық физиканың негізгі қағидалары
|
2
|
6
|
-
|
3
|
Статистикалық термодинамика
|
2
|
12
|
2
|
4
|
Гиббстің каноникалық үлестірілуі
|
1
|
7
|
2
|
5
|
Идеалды және реалды газдардың қасиеттері.
|
2
|
10
|
2
|
6
|
Фазалық тепе-теңдігі және фазалық ауысулар
|
1
|
7
|
2
|
7
|
Бірдей микробөлшектерден тұратын системалардың кванттық стастистикасы
|
1
|
7
|
2
|
8
|
Флуктуация теориясының элементтері.
|
1
|
8
|
1
|
9
|
Тепе-теңсіз процестер теориясының негіздері.
|
1
|
8
|
1
|
|
Барлығы
|
12
|
66
|
12
|
2.9. Пәннің сыртқы бөліміне арналған (3 жылдық 3 курс) тақырыптық жоспары
7-кесте
|
Тақырыптар тізімі
|
Сағат саны
|
Дәрістер
|
СӨЖ
|
СОӨЖ
|
1
|
Статистикалық физика және кинетикалық теория пәнінен кіріспе
|
1
|
1
|
-
|
2
|
Статистикалық физиканың негізгі қағидалары
|
1
|
7
|
-
|
3
|
Статистикалық термодинамика
|
1
|
14
|
1
|
4
|
Гиббстің каноникалық үлестірілуі
|
1
|
8
|
1
|
5
|
Идеалды және реалды газдардың қасиеттері.
|
1
|
12
|
1
|
6
|
Фазалық тепе-теңдігі және фазалық ауысулар
|
1
|
8
|
1
|
7
|
Бірдей микробөлшектерден тұратын системалардың кванттық стастистикасы
|
-
|
10
|
-
|
8
|
Флуктуация теориясының элементтері.
|
-
|
7
|
1
|
9
|
Тепе-теңсіз процестер теориясының негіздері
|
-
|
11
|
1
|
|
Барлығы
|
6
|
78
|
6
|
2.10. Пәннің сыртқы бөліміне арналған (2 жылдық 2 курс) тақырыптық жоспары
8-кесте
|
Тақырыптар тізімі
|
Сағат саны
|
Дәрістер
|
СӨЖ
|
СОӨЖ
|
1
|
Статистикалық физика және кинетикалық физика негіздері пәнінен кіріспе.
|
1
|
1
|
-
|
2
|
Статистикалық физиканың негізгі қағидалары
|
1
|
7
|
-
|
3
|
Статистикалық термодинамика
|
1
|
14
|
1
|
4
|
Гиббстің каноникалық үлестірілуі
|
1
|
8
|
1
|
5
|
Идеалды және реалды газдардың қасиеттері.
|
1
|
12
|
1
|
6
|
Фазалық тепе-теңдігі және фазалық ауысулар
|
1
|
8
|
1
|
7
|
Бірдей микробөлшектерден тұратын системалардың кванттық стастистикасы
|
-
|
10
|
-
|
8
|
Флуктуация теориясының элементтері.
|
-
|
7
|
1
|
9
|
Тепе-теңсіз процестер теориясының негіздері
|
-
|
11
|
1
|
|
Барлығы
|
6
|
78
|
6
|
Негізгі әдебиеттер:
Радушкевич Л.В. Курс статистической физики. Из-во “Просвещение”. М, 1968 г.
Леонтович М.А. Статистическая физика. Гос тех издат, 1944 г.
Терлецкий Я.П. Статистическая физика. Изд. “Высшая школа”, 1973 г.
Киттель Ч. Элементарная статистическая физика. М., 1960 г.
Левич В.Г. Введение в статистическую физику, Гостехиздат, 1954 г.
Кубо Р. Статистическая механика. М., 1967 г.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. М., 1969 г.
Румет Ю.Б., Рывкин М.С. Термодинамика, статистическая физика и кинетика. М., 1972 г.
Қосымша әдебиеттер:
Леонтович М.А. Введение в термодинамику, Гостехиздат, 1950 г.
Базаров И. П. Термодинамика. Физматгиз, 1961г.
Зоммерфельд А. Термодинамика и статистическая физика. М., 1955 г.
Самойлович А. Г. Термодинамика и статистическая физика, ГИТТЛ, Гостехиздат, 1955 г.
Эйнштейн П. С. Курс темодинамики, Гостехиздат, 1948 г.
Есеп кітаптары:
Серова Ф.Г. Янкина А.А. Задачник-практикум по термодинамике. М., Просвещение, 1972 г.
Терлецкий Я.П. Сборник задач по статистической физике и термодинамике. М., Просвещение, 1976.
Серова Ф.Г. Янкина А.А. Сборник задач по термодинамике. М., Просвещение, 1976 г.
1-ші дәріс жоспары
Статистикалық физика және кинетикалық теория пәнінен кіріспе (1 сағат).
Дәріс мазмұны
Идеал-газдардың молекула кинетика теориясының негізі. Физикада жиі қолданатын «идеал газ» ұғымы (заттың) кейбір реал физикалық системалардың (реал газ, электрондар металдар) тағы басқа қарапайым қасиеттерін түсіндіру үшін пайдаланатын заттың моделі деп қарауға болады.
Идеал газды еркін, бір-біріне әсер етпей үнемі хаосты қозғалып жүрген бөлшектер системасы деуге болады. Идеал газ – бұл молекулалар арасындағы өзара әсері елеусіз аз болатын газ. Өте көп бөлшектерден құралған қарапайым системаға идеал газ жатады. Расында да, заттарды газ күйінде тығыздығы өте аз болғандықтан, газ атомдары мен молекулалардың мынадай ерекшеліктері болады екен.
Идеал газдардың бөлшектерінің бір-біріне әсер етуі тек серпімді соқтығу кезінде ғана болады. Реал системаларға пайдаланғанда өзара әсер энергиясы бөлшектердің өз энергиясынан аз, ескерусіз болуы керек. Идеал газ бөлшектерін қатты шарик, размері олардың орташа ара қашықтығынан әлдеқайда кіші деп қарастыру керек. Сондықтан өзара соқтығуға кеткен уақыт, дәл соқтығу уақытынан көп болады. Яғни, бөлшектер көбінесе газда бірқалыпты түзу сызықты қозғалыста болады.
Идеал газ бөлшектері үнемі ретсіз қозғалыста болғандықтан, жиі соқтығысады. Бұл соқтығыстар нәтижесінде түрліше қызық жағдайлар болады екен.
1) Соқтығысқан екі бөлшек екі жаққа ұша отырып кеңістікке таралып үлкен көлемге ие болады. Сондықтан көптеген жағдайда идеал газды белгілі бір көлем ішінде қарастырады. Бөлшектер өз жолында ыдыс қабырғасына соқтығысып, серпімді түрде тебіледі де қабырғаға белгілі бір қозғалыс мөлшерін (күш импульсін) береді. Бұл газдың ыдыс қабарғасына түсірген қысымын анықтайды.
2) Газ бөлшектерінң бір-бірімен соқтығысуы олардың энергиясының алмасуына әкеп соғады. Соның нәтижесінде жылдамдықтарын өзгертіп, көлем ішінде орнын өзгертеді. Осының нәтижесінде сыртқы параметрлер өзгермеген кезде тепе-теңдік күйі қалыптасады, яғни бөлшектерге белгілі бір бағыт және жылдамдығы бойынша таралуы қалыптасады.
Мұндай тепе-теңдік күйден ауытқу бөлшектердің ретсіз қозғалыстары мен соқтығу нәтижесінде қайтадан орнына келіп отырады. Белгілі бір уақыт (уақыт релаксациясынан) кейін газ қайтадан тепе-теңдік күйге келеді. Сыртқы параметрлер тұрақты болғанда, уақыт релаксация үлкен газдарда тепе-теңдік күйде деп қарастырамыз. Егер идал газ сырқы күштер әсер етпеген жағдайда тепе-теңдік күйде болса оның бөлшектері белгілі бір көлемде бірдей тығыздықпен таралады. V-көлемдегі бөлшектер санын табу үшін (n)
n=n0V
n0- бірлік көлеміндегі бөлшекттер саны
Бөлшектердің соқтығысуы тек қана бірдей тығыздықпен таралуына әкелмейді, сонымен қатар кеңістікте бірқалыпты белгілі бір бағытпен таралуына әкеліп соғады: қанша бөлшек бір бағытта қозғалса, сонша бөлшек қарама-қарсы жаққа қозғалады. Осының нәтижесінде газдардың тығыздығы идеал газдарда изотропты болады.
Тепе-теңдік күйдегі газда сонымен қатар бөлшектердің жылдамдық бойынша таралуы да белгілі бір күйде болады. Бұл жағдайда бөлшектердің орташа жылдамдығы мен саны (әр түрлі бағытта қозғалып бара жатқан) бірдей болады екен. Мұндай идеал газ моделі үшін қысым мен көлем арасындағы байланысты табу оңай.
Идеал газды радиусы-R, формасы шар сияқты көлемде дейік, N-бөлшек көлемінде, бетінде қысым түсіреді дейік. Содан соң газды радиусы екі есе кіші көлемге дейін қысамыз. Яғни, . Егер бөлшектер қозғалысынан жылдамдығы бұрынғыдай десек, N-бөлшектерінің соқтығысуы 4 есе кіші бетке , яғни қысым 4 есе артады.
Екінші жағынан, көлем кішірейгендіктен бөлшектердің орташа жолы бір-бірімен соқтығысу екі есе кішірейеді де, соқтығысу санының артуына яғни қабырғамен екі есе көп соқтығады. Сонымен идеал газдың көлемі 8 есе кішірейген кезде., қысым 8 есе артады.
Бұл Бойль-Мариот заңы
Бұл заңды 1745 ж. М.В. Ломоносов айтқан еді. Қарастырған идеал газ моделі белгілі бір жағдайда реал газдың көптеген қасиетін түсіндіреді.
2-ші дәріс жоспары
Достарыңызбен бөлісу: |
