Термодинамика и статистическая физика

Термодинамика

1. Основные понятия и исходные положения термодинамики. Термодинамические системы и параметры их характеризующие. Постулаты термодинамики. Внутренняя энергия, теплота и работа. Термическое и калорическое уравнения состояния термодинамической системы. Термические коэффициенты и связь между ними.
2. Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Скрытая теплота. Основные термические процессы и их уравнения. Связь между коэффициентами упругости и теплоемкостями.
3. Второе начало термодинамики. Энтропия. Равенство Клаузиуза. Абсолютная температура. Основное уравнение термодинамики для равновесных процессов. Теорема и парадокс Гиббса. Второе начало и основное уравнение термодинамики для неравновесных процессов. Связь между термическим и калорическим уравнением состояния и его применения. Цикл Карно и теорема Карно. Границы применимости второго начала термодинамики.
4. Третье начало термодинамики и его следствия.
5. Метод термодинамических потенциалов. Суть метода. Основные термодинамические потенциалы. Соотношения Максвелла. Уравнения Гиббса — Гельмгольца. Термодинамический потенциал системы с переменным числом частиц.
6. Условия равновесия и устойчивости термодинамических систем. Условие устойчивости равновесия однородной системы. Матрица устойчивости. Принцип Ле Шателье — Брауна. Равновесие гомогенной системы. Закон действующих масс. Закон разведения Оствальда. Равновесие гетерогенной системы. Правило фаз Гиббса. Тройная точка. Равновесие бинарных систем.
7. Применения термодинамики. Уравнение Гиббса — Гельмгольца в применении к топливному элементу. Термодинамика диэлектриков и магнетиков. Магнитострикция, электрострикция и пьезоэффект. Магнитокалорический эффект и магнитное охлаждение. Эффект Джоуля — Томсона.
8. Фазовые переходы и критические явления. Поверхностное натяжение и поверхностное давление. Равновесная форма кристалла. Роль поверхностного натяжения при образовании новой фазы. Классификация фазовых переходов. Фазовые переходы I рода. Уравнение Клапейрона — Клаузиуса. Фазовые переходы II рода. Уравнение Эренфеста. Сверхпроводящий переход. Теория фазовых переходов Ландау. Фазовые перехода II рода в магнетиках и сегнетоэлектриках. Критические явления. Критические индексы.

Основы статистической физики

1. Основные понятия при описании классических и квантовых систем.
2. Классические системы. Микроканоническое распределение. Каноническое распределение Гиббса. Большое каноническое распределение. Статистический интеграл и большой статистический интеграл. Алгоритм определения темодинамических характеристик при помощи статистических распределений. Теорема о равновесное распределении кинетической энергии по степеням свободы. Теорема о вириале. Распределение Максвелла.
3. Основы квантовой статистики. Основные распределения. Классический предел статистической физики.
4. Идеальные системы. Идеальный газ. Распределение Максвелла-Больцмана. Квантовые одноатомные газы. Распределения Бозе — Эйнштейна и Ферми — Дирака. Общая формула для распределения идеальных систем. Вырождение газа.
5. Теплоемкость идеального газа. Теплоемкость кристаллической решетки. Классическая модель для вычисления энергии решетки. Модель Эйнштейна. Модель Дебая (низкие температуры).

• И. П. Базаров. Термодинамика. М.: Высшая школа. 1991. 376 с.
• М. А. Леонтович. Введение в термодинамику. Статистическая физика. М.: Наука. 1983. 416 с.
• И. П. Базаров, Э. В. Геворкян, П. Н. Николаев. Термодинамика и статистическая физика. М.: Изд-во МГУ. 1986. 310 с.
• И. П. Базаров, Э. В. Геворкян, П. Н. Николаев. Задачи по термодинамике и статистической физике. М.: Высшая школа. 1997.
• Ч. Киттель. Введение в физику твердого тела: пер. с англ. М.: Наука. 1978. 788 с.
• Ч. Киттель. Статистическая термодинамика: пер. с англ. М. 1977. 336 стр