«Статистикалық физика » пәнін оқытудың мақсаты және міндеті

5. Жұмыс оқу жоспарынан көшірме

1. 7. Студентке арналған ережелер (Rules)

• 
  сабаққа кешікпеу керек
  
• 
  сабақ кезінде әңгімелеспеу, газет оқымау, сағыз шайнамау, ұялы телефонды өшіріп қою керек
  
• 
  сабаққа іскер киіммен келу керек
  
• 
  сабақтан қалмау науқастыққа байланысты, сабақтан қалған жағдайда деканатқа анықтама әкелу керек.
  
• 
  жіберілген сабақтар күнделікті оқытушының кестесіне сәйкес өтелінеді.
  
• 
  Тапсырмаларды орындамаған жағдайда қортынды баға төмендетіледі.
  

9. 
   Лекция сабақтары
   

1. 
   Феноменологтық термодинамика.
   
2. 
   Статистикалық физика.
   

1. 
   Термодинамиканың 2- бастамасы көптеген тәжірибелердің нәтижелері негізінде түсіндіріледі. Термодинамиканың 1 және 2-заңдарының математикалық өрнектелінуы арқылы жылу процестерінің феноменологтық деп аталады. Термодинамиканың пәнінің басқа пәндермен салыстырғанда артылықшылығы оның 1, 2-заңдары тәжірибелердің нәтижелеріне негізделінген. Бұл теорияның кемшілігі жылу процестерінің молекулалық мағынасын түсіндіре алмайды. Термодинамиканың кемшілігін статистикалық физика әдістеріменен зерттеулер өткізіліп түзетіледі. Механикада сандары аз болған заттардан тұратын жүйелердегі қозғалыстарды зеттеу қиыншылықты тудырмайды. Сандары өте көп бөлшектерден тұратын жүйелер (нормал жағдайда 1-мол газда молекулалар болады) күйлерін зерттеу статистикалық заңдылықтар бойынша болады.
   
2. 
   Статистикалық заңдылықтарды зерттеу кез-келген макрожүйелердің қасиеттерін спаттаушы шамаларды есептеуге мүмкіндік береді. Бөлшектер саны өте көп болғандықтан молекулалардың координаталарын, жылдамдықтарын және басқа шамаларды бағалау үшін статистикалық әдістер қолданылады.
   

1. 
   Термодинамикалық зерттеу әдістерінің артықшылығы?
   
2. 
   Феноменологтық термодинамикалық зерттеу әдістерінің кемшілігі?
   
3. 
   Статистикалық зерттеу әдістерін түсіндіру?
   

1)Гамельтон функциясы

S- еркіндік дәрежесі.

H=H (q_1, q_2, q₃, … q_s, P₁, P₂, … P_s)- Гамелтоньтон функциясы немесе гамильтонниан деп аталады.

- жүйенің жалпыланған координата және импульстары.

Гамельтон функциясы t-уақытқа да байланысты болуы мүмкін.

1. 
   Термодинамикалық тепе-теңдік туралы түсінік?
   
2. 
   Статистикалық физиканың мақсаты?
   
3. 
   Гамильтон функциясын түсіндір?
   

1. 
   Жүйе микро күйі.
   

1. Статистикалық заңдылықтарды санды талқылау үшін жүйелердегі процестерді фазалық кеңістіктерде қарастырылады.Мұндай кеңістікте бөлшектердің координаталары q_i импулстары p_i-менен белгіленеді.

Фазалық кеңістік көлемінің бөлігі.

Dv=lim (2)

Т-уақыт

(4)

P( p q ) - интервалда болу ықтималдығы тығыздығы

Мұны , яғни P( p q ) –ды статистикалық үлестірілу функциясы макроқасиеттері 2-топқа бөлінеді.

2. 
   Экстенсивтік шамалар : энергия, көлем, масса т.б.аддатив қасиетке ие, яғни жүйенің шамасы жүйедегі әрбір бөліктің (бөлшектің ) шамалар жиындысына тең.Интенсивтік шамалар : температура , концентрация, потенциал т.б.Тұйық жүйеде энергия ,температура ,бөлшектер саны уақытқы байланыссыз тұрақты болса жүйе тепе-теңдік күйде болады.
   

1. 
   Қайтымдылық процесі
   
2. 
   Қайтымсыз процесс
   

1. 
   Термодинамиканың заңдары жылу процестерінде энергияның сақталу заңдарын түсіндіреді. Яғни энергияның қандай бағытта өзгеруін бағалайды. Бұл өзгерулер қайтымды және қайтымсыз процестері арқылы түсіндіріледі. Тепе-теңдік жағдайдағы процестерді қайтымды процестер деп аталады.
   
2. 
   Қайтымсыз процесс нақты процестер,яғни тепе-тең емес процестер болады.Қайтымсыздықтың статистикалық қасиеттері екі топқа бөлінеді. Жүйенің массасы , көлемі, энергиясы және т.б. параметрлермен анықталынатын қасиеттері бірінші топқа жатады.Интенсивтік рараметрлер болған температура концентратция т.б. екінші топқа жатады. Бұл параметрлер арқылы жүйе қасиеттері бағаланады.Бірінші топтағы шамаларды экстенсив параметрлер деп аталынады.Ал екінші топтағы параметрлер интенсив параметрлер деп аталынады.
   

1. 
   Қайтымсыз процесс?
   
2. 
   Энстенсив параметрлер?
   
3. 
   Интенсив параметрлер?
   

1. 
   Термодинамиканың 1-ші заңы
   
2. 
   Жылу мөлшері және ішкі энергия.
   

2. Бұл заң бойынша физиканың шамалары жылу мөлшері ішкі энергия және жұмыс термодинамиканың негізгі параметрлері болып есептелінеді. Бұл параметрлер температураның функциясы болып есептелінеді.

Жылу мөлшері: (2)

Ішкі энергияның өзгерісі. (3)

Сыртқы күшке қарсы жүйенің орндайтын жұмысы: (4)

Бақылау сұрақтары:

1. 
   Жылу мөлшері.
   
2. 
   Жүйе ішкі энергиясы.
   
3. 
   Термодинамикалық жұмыс.
   

1. 
   Энтрапия
   
2. 
   Квазистатистикалық процестер.
   

1. Энтрапия термодинамикалық процестерде энергияның қайтымсыз шашылуының өлшемін анықтаушы параметр болады. Энтрапия түсініктемесі арқылы термодинамиканың екінші заңына анықтама беріледі. Энтрапия (S) жүйе күшінің функциясы болып квазистатистикалық процестерде тұрақты болады (өте кіші жылдамдықта ) болатын процестер .

Жүйенің А және В нүктелеріндегі энтрапияның айырмасы төмендегідей болады.

S_A-S_B=

2. Температура СИ жүйесінде Кельвин шкаласында өлшенеді . 0⁰ К –да жүйенің барлық физикалық қасиеттері температураға тәуелсіз болады. Т= 0⁰ К абсалюттік нөль температура деп аталынады. Жүйенің қандайда бір қасиетін өзгертіп , жүйе температурасын өзгерту мүмкін емес. Сондықтан,абсалюттік нөль температураны жарату мүмкін емес.

1. 
   Кононикалық үлестіріліу модулі?
   
2. 
   Абсалюттік ноль?
   

1. 
   Статистикалық температура
   
2. 
   Больцман тұрақтысы.
   

1. Макроскопиялық жйе А, В ортаменен (термостатпен) оралған. А жүйедегі бөлшектердің координаталарыменен жылдамдықтарын бағалау керек. В термостаттың қасиетін сипаттаушы шама сол жүйе энергиясының функциясы болады. Бұл функцияны каноникалық үлестірілу модулі деп аталады. Каноникалық үлестірілу модулін ө-мен белгілейді. ө=kT.

2. k- Больцман тұрақтысы.

Т-Температура

ө-Статистикалық температура.

Статистикалық температура макроскопиялық жүйе тепе-теңдік күйінің сипаттамасы болады. Статистикалық температура оң таңбалы шама болады жүйе энергиясының функциясы болады. Температура СИ жүйесінде Кельвин шкаласында өлшенеді. да жүйенің барлық функциялық қасиеттері температураға тәуелсіз болады. T= абсалюттік ноль температура деп аталады. Жүйенің қандайда бір қасиетін өзгертіп, Жүйе температурасын өзгерту мүмкін емес. Сондықтан абсолюттік ноль температураны жарату мүмкін емес.

1. 
   Каноникалық үлестірілу модулі.
   
2. 
   Абсолюттік ноль.
   

1. 
   Дюлонг – Пти заңы
   

2. Теріс температуралы күйде атомдағы жоғарғы энергиялы деңгейдегі электрондар саны энергиясы төмен болған деңгейлердегі электрондар санынан көп болады. Қозған күйден электрондар стационар күйге өту кезінде атомнан электромагнит толқындары сәулеленеді.

1. Молекулалардың биберекет қозғалысы.

2. Молекулалардың өзара әсерлесуі.
Лекция мақсаты: Қысым, ішкі энергия

Лекция мәтіні:

1. 
   Газ молекулаларының бей-берекет қозғалысы нәтижесінде олардың ыдыс қабырғасы менен соқтығысады. Соқтығысу нәтижесінде газ молекулалары қабврғаға қысым береді.Газдың қысымы молекулалардың қозғалыс жылдамдығына , яғни газ температурасына байланысты болады.Газ қысымының көлемге байланысы Бойль-Мариотт заңымен, температураға байланысы Шарль заңымен түсінтіріледі.Қысым СИ жүйесінде өлшем бірлігімен өлшенеді.Малекулалардың бей-берекет қозғалыс энергиясы кенетикалық энергия деп аталынады.
   
2. 
   Газ молекулаларының әсерлесуі энергиясын потенциялдық энергия деп аталады. Молекулалар кенетикалық және потенциялдық энергияларын жыйынгаздың ішкі энергиясы деп аталынады. СИ-жүйесінде ішкі энергияның өлшем бірлігі Джауль.
   

1) Қысымның ішкі энергиясының өлшем бірліктері?

3. 
   Молекулардың энергия түрлері?
   

1. 
   Жүйе энергиясы
   
2. 
   Жылу мөлшері.
   

2. Энергия жүйенің қасиеті болып, жұмыспен жылу мөлшері энергия өзгеру процессын сипаттау шамалары болады.

1. 
   Эндотермиялық процесс?
   
2. 
   Экзотермиялық процесс?
   
3. 
   Жүйе күйінің функциясы?
   

1. 
   Жылу машиналары
   
2. 
   Периотты процесс.
   

1. 
   Термодинамиканың екінші бастамасы жылу машиналарының жұмыс істеу принциптерін байқаудан қалыптасты.Бір жылу көзінен алынған жылу мөлшері есебінен тек жұмыс өндіру ғана болып табылатын периотты процесті жүзеге асыруға болмайды, яғни жылу көзінен жұмыстың денеге берілген Q-жылу мөлшері толық А –жұмысқа айналатын (А=Q) машина жасау мүмкін емес.Бұл принцип термодинамиканың екінші бастамасы деп аталынады.
   
2. 
   Термодинамиканың екінші бастамасы өтіп жатқан процестің бағытын анықтайтындықтан , термодинамиканың екінші бастамасы процесс энергиясының бір түрден екінші түрге ауыспайтынын көрсетеді. Термодинамиканың екінші бастамасы жұмыстың жылуға айлануы қайтымсыз процесс болатынын сипаттайтын, сол сяқты жылудың жұмысқа айналуы , ықтималдығы көбірек күйден ықтималдығы азырақ күйге көшу болып табылатынымен байланысты болады.
   

1. 
   Термодинамиканың екінші бастамасы?
   
2. 
   Жылу мөлшері және жұмыс?
   

1. 
   Тұйық жүйе.
   

1)Экстенсивтік шамалар: энергия, көлем, масса т.б. аддитив қасиетке ие. Яғни жүйенің шамасы жүйедегі әрбір бөліктің (бөлшектің) шамалар жиындысына тең.

2) Интенсивтік шамалар: температура, консентратсия, потенциал т.б.

2. Тұйық жүйеде энергия температура,бөлшектер саны уақытқа байланыссыз тұрақты борлса , жүйе тепе-теңдік күйде болады.

1. 
   Экстенсивті шамалар.
   
2. 
   Интенсивті шамалар
   

жоспары:

1. 
   Еркін энергия
   
2. 
   Термодинамикалық потенциял.
   

Лекция мақсаты: Гиббс термодинамикалық потенциалының экстремальдық қасиеттері

2. Тұйықталмаған жүйедегі изотерма-изобаралық процесте орындалатын жұмыстың өлшеміне Гиббстың термодинамикалық потенциялы деп аталады. Ф=E+PV-TS

Еркін энергиямен салыстырғанда термодинамикалық потенциял жүйе қысымының функциясы болады. Яғни ол жүйенің көлеміне байланысты болмайды.
Бақлау сұрақтары:

1. 
   Изотермиялық
   
2. 
   Изохоралық
   
3. 
   Изобаралық процестер.
   
4. 
   Термодинамикалық жұмыс.
   

1. 
   Термодинамикалық параметрлер.
   
2. 
   Микрокононикалық үлестірілу.
   

1. 
   Тұйық жүйе түсініктемесі?
   
2. 
   Жүйе күйе энергиясы?
   

1. 
   Молекулалар жылдамдықтары.
   
2. 
   Орташа арифметикалық жылдамдық.
   
3. 
   Орташа квадраттық жылдамдық.
   

1. 
   Газ молекулалары әр түрлі жылдамдықпен қозғалады да, әрбір жеке молекула жылдамдығының шамасы да, бағыты да соқтығысулардың әсерінен үздіксіз өзгеріп отырады. Молекулалар жылдамдығының соқтығысу кезінде өзгеруі кездейсоқ. Максвелл ықтималдық теориясын пайдаланып v мен v+dv жылдамдықтарының аралығында жататын молекулалардың dN санын есептеп шығарған. Сонда Максвелл заңы молекулалардың жылдамдықтар бойынша бөліну функциясы F(V) арқылы сипатталады F(V)=dN/(NdV)
   
2. 
   Орташа арифметикалық жылдамдық.
   

3. Орташа квадраттық жылдамдық.

1. 
   Жылдамдықтардың ықтималдық теориясы.
   
2. 
   Молекулалардың қозғалыс бағыты.
   

1. 
   Флуктуатция ықтималдығы.
   
2. 
   Брауынды қозғалыс.
   

1. 
   Жылу процестердің орындалу механизмі статистикалық термодинамикалық әдістер түрліше түсінтіріледі.Термодинамикалық процестерді тұрақты температурада көлемнің,трақты көлемде температураның флуктуациялары кездеседі.Белгілі көлемдегі және температурадағы идеал газ бөлшектер сандарының фулктуациясы температураға байланысты болмайды.Себебі, әрбір бөлшек басқа бөлшектерден тәуелсіз қозғалыста болады.
   
2. 
   Температураның жоғарылауы нәтижесінде болшектердің орташа квадраттық жылдамдығы артады.Идеал газдарда тығыздық флуктуациясының ықтималдығы жоғары болады.Газ көлемі және температураларының флуктуациялары тәуелсіз болады.
   

1) Көлем флуктуациясы

2) Температура флуктуациясы
17-лекция
Тақырып: Екі атомдық газдардың жылу сыйымдылығының классикалық теориясы

жоспары:

1). Екі атомды газ

2) Екі атомды газ жылу сыйымдылығы
Лекция мақсаты: Екі атомдық газдардың жылу сыйымдылығының классикалық теориясы

Лекция мәтіні:
1. Класикалық теориямен екі атомды газдардың термодинамикалық функцияларының және жылу сыйымдылықтарын есептеу өте күрделі. Бұндай есептеулерді жүргізуде молекуланың күйінің функциясын табу керек болады.

2. Молекуланың энергиясы оның ілгерілемелі қозғалыс энергиясынан және ішкі қозғалыс энергиясынан тұрады.

1. 
   Термодинамикалық функциялар?
   
2. 
   Молекуланың энергиясы оның ілгерілемелі қозғалыс
   

Жоспар:

2) Дебай температурасы

v-қатты денедегі дыбыстың орташа жылдамдығы.

n-бірлік көлемдегі атомдар саны

Т>>-болғанда қатты денелер жылу сыйымдылығы Дюлон-Пти заңы менен түсінтіріледі.

к- кристалдардың серпімділік кофиценті.

2. Кристал динамикалық теориясында Дебай температурасы өте қолай температура маштабы болып табылады.

К- Кристалл тордың тербеліске келтіретін максимум кванттық энергия.

Дебай температурасы кванттық статистикаға ие болған төменгі температуралардан классикалық статистика қолданылатын жоғарғы температуралы облысты ажыратып тұрады.

Жоспары:

1. 
   Тепе-теңдік күй нүктесі
   
2. 
   Заттың агрегаттық түрлері
   

2. Заттың бұл нүктесінде түрлі агрегат түрлерінің тығыздықтары түрліше , бырақ температулары бірдей.

1. 
   Металдардың электр өткізгіштік қабілеті.
   
2. 
   Металдар кедергісінің температураға байланысы.
   

1. 
   Барлық металдар электр тогын жақсы өткізеді. Металдардың кедергілері түрліші болғандықтан Ом заңы бойынша әрбір металдың электр өткізгіштік қасиетіде түрліше болады. Өткізгіштердің кедергілері темрератураға кері пропорционал байланыста. Өткізгіштің температурасы жоғарылаған сайын кедергілері төмендеп барады. Өң төменгі температураларда өткізгіштер кедергісі өте төмендеп өткізгіштер өтетін ток күші өте жоғарыламайды. Бұл құбылысты асқын өткізгіштік деп атайды.
   
2. 
   Металдардың асқын өткізгіштігінің қасиеттері терең зерттелінген. Метал асқын өткізгіштік күйге ауысқанда оның кристалдық торының құрылысы механикалық және оптикалық қасиеттері өзгермейді.
   

1. 
   Өткізгіштерде электр тогы.
   
2. 
   Электр кедергінің температураға байланысы.
   
3. 
   Асқын өткізгіштік құбылысы.
   

Жоспар:

1. 
   Фазалық кеңістік.
   
2. 
   Үлестірілу функциясы
   

v-молекулалар жылдамдығы .

өлшенеді. Газдардың кинетикалық теориясына байланысты Д=

Мұндағы молекуланың орташа арифметикалық жылдамдығы, орташа еркін жүру жолы.

22-лекция
Тақырып: Бір компоненттік жүйедегі тепе-теңдік емес процесстер.

Жоспар:

1. 
   Термодинамикалық тепе-тең емес процестер
   
2. 
   Физикалық кинетикалық
   

2. Физикалық кинетикалық түсініктемелерін талқылауда макроскопиялық жүйе жалпыланған координата және импульстарға байланысты болған үлестіру функциясы менен түсіндіріледі. Жүйе бір күйден басқа күйге өтуі үлестірілу функциясының өзгеру заңыменен бағаланады. Яғни кинетикалық теңдеу шешімі зерттелінеді. Кинетикалық теңдеулердің шешімі арқылы тепе-тең емес процестердегі түрлі коэффиценттер анықталынады.

1. 
   Үлестірілу функциясы
   
2. 
   Кинетикалық теңдеулер шешімі.
   
3. 
   Тепе-тең емес процестердің түрлері.
   

6. 
   
   жүктеу/скачать 1.21 Mb.
   
   Достарыңызбен бөлісу: