Молекулярная физика и термодинамика

Физические основы механики

1. Понятия состояния в классической механике. Пространственно-временные отношения. Системы отсчета и описание движений. Кинематика поступательного движения. Элементы кинематики материальной точки: перемещение, скорость и ускорение.

2. Вращательное движение. Элементы кинематики материальной точки и тела, совершающих вращательное движение: угол поворота, угловые скорость и ускорение, их связь с линейными скоростью и ускорением.

3. Кинематика гармонических колебательных движений. Гармонические колебательные движения и их характеристики: смещение, амплитуда, период, частота, фаза, скорость и ускорение.

4. Методы сложения гармонических колебаний. Векторные диаграммы. Сложение гармонических колебаний одного направления с близкими частотами. Биения.

5. Методы сложения гармонических колебаний. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.

6. Основные понятия и определения динамики. Законы Ньютона. Динамика материальной точки. Современная трактовка законов Ньютона. Границы применимости.

7. Основная задача динамики. Уравнение движения. Основные виды сил: сила тяготения, тяжести, веса упругости и трения.

8. Динамика вращательного движения материальной точки и твердого тела относительно неподвижной оси вращения: момент силы, момент импульса, момент инерции. Условие равновесия.

9. Момент инерции материальной точки и твёрдого тела относительно неподвижной оси вращения. Теорема Штейнера и её применение.

10. Основное уравнение динамики вращательного движения материальной точки и твердого тела относительно неподвижной оси вращения.

11. Модель гармонического осциллятора. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний и его решение. Примеры гармонических осцилляторов: физический, математический и пружинный маятники. Определение их периодов и частот.

12. Свободные колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Характеристики затухающих колебаний: коэффициент затухания, декремент, логарифмический декремент затухания.

13. Вынужденные колебания гармонического осциллятора под действием синусоидальной силы. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Резонанс.

14. Волновые процессы. Плоская монохроматическая волна. Уравнение бегущей волны. Волновой вектор, фазовая скорость, длина волны. Упругие волны в газах, жидкостях. Эффект Доплера.

15. Работа и мощность в механике поступательного движения. Случай переменной силы. Единицы измерения.

16. Кинетическая и потенциальная энергия системы тел. Полная энергия. Консервативные силы. Закон сохранения энергии в механике. Потенциальная энергия тела, находящегося в поле тяготения другого тела.

17. Энергия системы, совершающей вращательное движение. Энергия системы, совершающей колебательное движение (с выводом соответствующих формул).

18. Общефизический закон сохранения энергии. Закон сохранения энергии в механике и его применении.

19. Закон сохранения импульса. Реактивное движение.

20. Закон сохранения момента импульса и его применение.

21. Закон сохранения момента импульса и его применение (гироскопический эффект).

22. Применение законов сохранения импульса и энергии к упругому и неупругому взаимодействиям. Выводы.

23. Системы отсчёта. Преобразования Галилея. Классический закон сложения скоростей. Инерциальные системы отсчёта.

24. Представления о свойствах пространства и времени в специальной теории относительности. Преобразования Лоренца для координат и времени. Инвариантность уравнений движения относительно преобразований Лоренца.

25. Следствия из преобразований Лоренца: сокращение движущихся масштабов длин, замедление движущихся часов, закон сложения скоростей.

Молекулярная физика и термодинамика

1. Динамические и статистические закономерности в физике. Макроскопическое состояние. Параметры состояния. Уравнение состояния идеальных газов.

2. Модель идеального газа. Основное уравнение кинетической теории идеального газа. Давление в рамках этой теории. Молекулярно-кинетический смысл абсолютной температуры.

3. Уравнение состояния идеального газа. Универсальная газовая постоянная и постоянная Больцмана. Изопроцессы.

4. Основные газовые законы. Вывод уравнений газовых законов (изотермического и изобарического изохорического и закона Дальтона) из основного уравнения молекулярно-кинетической теории.

5. Микроскопические параметры. Вероятность и флуктуации. Распределение молекул /частиц/ по абсолютным значениям скорости. Распределение Максвелла.

6. Распределение Больцмана. Барометрическая формула.

7. Внутренняя энергия и теплоемкости идеального газа. Теорема Больцмана о распределении энергии по степеням свободы.

8. Основные понятия термодинамики. Задачи термодинамики. Обратимые, необратимые и круговые процессы. Основное уравнение термодинамики идеального газа.

9. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам в идеальных газах: изотермическому, изохорическому и изобарическому.

10. Первое начало термодинамики и его применение к адиабатическому процессу в идеальном газе.

11. Адиабатический процесс. Уравнения Пуассона для адиабатического процесса.

12. Цикл Карно. Максимальный КПД тепловой машины, работающей по циклу Карно. Выводы.

13. Энтропия системы и её свойства. Определение изменения энтропии системы, совершающей изохорический и изобарический процессы.

14. Энтропия системы и её свойства Определение изменения энтропии системы, совершающей изохорический и изобарический процессы.

15. Реальные газы. Уравнение Ван дер Ваальса. Внутреннее давление и собственный объём молекул.

16. Реальные газы. Изотермы Ван дер Вальса. Критическая изотерма и критическая точка. Сжимаемость газов.

17. Внутренняя энергия и теплоемкости реального газа. Эффект Джоуля-Томсона.

18. Понятие о физической кинетике. Теплопроводность в газах, жидкостях и твердых телах. Коэффициент теплопроводности.

19. Понятие о физической кинетике. Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах. Коэффициент диффузии. Самодиффузия.

20. Понятие о физической кинетике. Вязкость газов и её температурная зависимость. Сдвиговая и объёмная вязкости Время релаксации.

21. Строение и свойства жидкостей. Вязкость жидкостей и их сжимаемость. Температурная зависимость вязкости. Динамическая и кинематическая вязкости.

22. Общие свойства жидкостей и газов. Кинематическое описание движения жидкости. Идеальная и вязкая жидкости. Гидростатика несжимаемой жидкости. Стационарное движение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли.

23. Гидродинамика вязкой жидкости. Силы внутреннего трения. Формулы Пуазейля и Стокса. Стационарное течение вязкой жидкости. Уравнение неразрывности.

24. Особенности поверхностного слоя жидкости. Поверхностное натяжение. Работа по преобразованию поверхности жидкости. Смачивание и не смачивание. Физическая природа явления. Краевой угол. Капиллярность.

25. Идеально упругое тело. Свойства и строение твёрдых тел. Упругие деформации и напряжения. Закон Гука. Пластические деформации. Предел прочности. Тепловое расширение.

Вопросы по электростатике и постоянному электрическому току.

1. Электрический заряд и его дискретность. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей.

2. Работа электрического поля по перемещению электрического заряда.

3. Потенциал электростатического поля. Напряженность электрического поля как градиент его потенциала.

4. Поток электрического. Теорема Остроградского - Гаусса и её.

5. Проводники и их классификация. Идеальный проводник в электрическом поле. Поверхностные заряды.

6. Электростатическое поле в полости идеального проводника и у его поверхности. Электроемкость проводника и ее физический смысл. Конденсаторы и их емкость. Емкость плоского конденсатора.

7. Диэлектрики. Поляризация диэлектриков. Характеристики электрического поля: вектор поляризации; электрическое смещение. Диэлектрическая восприимчивость вещества. Относительная диэлектрическая проницаемость среды. Граничные условия на поверхности раздела "диэлектрик-диэлектрик" и " проводник-диэлектрик".

8. Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия системы заряженных проводников, заряженного конденсатора. Энергия электрического поля. Объемная плотность энергии электрического поля.

9. Постоянный электрический ток. Основные действия и условия существования постоянного тока. Сторонние силы. Проводники и изоляторы. Основные характеристики постоянного электрического тока: величина /сила / тока, плотность тока.

10. Электродвижущая сила, напряжение и разность потенциалов. Их физический смысл. Связь между ЭДС, напряжением и разностью потенциалов.

11. Классическая электронная теория электропроводности металлов и ее опытные обоснования. Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах.

12. Закон Джоуля - Ленца в дифференциальной и интегральной формах.

13. Законы (правила) Кирхгофа и их применение к расчету простейших электрических цепей.

14. Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Электрический ток в газе. Электрический ток в жидкостях.

15. Элементы зонной теории кристаллов. Функция Блоха.

16. Зонная структура энергетического спектра электронов. Поверхность Ферми.

17. Число и плотность числа электронных состояний в зоне. Заполнение зон: металлы, диэлектрики и полупроводники.

18. Электропроводность полупроводников. Понятие о дырочной проводимости. Собственные и примесные полупроводники. понятие о p - n переходе. Транзистор.

19. Явление сверхпроводимости. Понятие о высокотемпературной сверхпроводимости.

20. Термоэлектрические явления: эффекты Зеебека, Пельтье, Томсона и их применение.

Экзаменационные задачи