Кафедра компьютерной физики ВНУ им. В. Даля

Статистическая физика — это раздел теоретической физики, посвященный изучению систем с произвольным (часто — бесконечным или несчетным) числом степеней свободы.

Изучаемые системы могут быть как классическими, так и квантовыми. Термодинамика (>греч.θέρμη — «тепло», δύναμις — «сила») — раздел физики, изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. В отдельные дисциплины выделились химическая термодинамика, изучающая физико-химические превращения, связанные с выделением или поглощением тепла, а также теплотехника.

В термодинамике имеют дело не с отдельными молекулами, а с макроскопическими телами, состоящими из огромного числа частиц. Эти тела называются термодинамическими системами. В термодинамике тепловые явления описываются макроскопическими величинами — давление, температура, объём, …, которые не применимы к отдельным молекулам и атомам.

Предсказания статистической физики и термодинамики носят вероятностный характер. В этом проявляется специфика статистических закономерностей, присущих именно макроскопическим телам. Вероятностный характер предсказаний позволяет сблизить классическое рассмотрение с квантовым, в котором вероятность лежит в природе вещей. В результате многие выводы и утверждения классической и квантовых статистик легко переводятся простыми правилами соответствия с классического языка на квантовый и наоборот. В этом смысле они оказываются едиными для обеих статистик.То есть уже классическая статистическая физика по своему аппарату эквивалентна квантовой теории.

Обычно при исследовании таких систем нас не интересует почти случайное поведение каждой конкретной частицы. Исключение составляет, например, методы классической молекулярной динамики. Статистическая физика описывает, как из движений частиц системы складывается усреднённая эволюция системы в целом. Статистическую физику подразделяют на равновесную и неравновесную. Равновесная статистическая физика и термодинамика изучают свойства систем находящихся в состоянии термодинамического равновесия.

  • Термодинамика: общие понятия, начальные положения, энергия робота, теплота, уравнение состояния.
  • Первый закон термодинамики, теплоемкость.
  • Основные термодинамические процессы, политропный процесс, уравнение адиабаты.
  • Второй закон термодинамики, цикл Карно. Теоремы Клаузиуса, энтропия, 2-я и 3-я формулирования второго закона термодинамики.
  • Термодинамическая теория устойчивости, необходимые и достаточные условия для разных систем.
  • Неравновесная термодинамика: гипотеза локального равновесия, тождество Гиббса.
  • Уравнение баланса энтропии, производство энтропии.
  • Феноменологические соотношения и соотношение симметрии коэффициентов. Принцип Кюри.
  • Статистическая физика: статистический ансамбль, функция распределения, среднее по ансамблю.
  • Равновесные состояния, принцип равных вероятностей.
  • Микроканоническое распределение, статистические температура и энтропия.
  • Каноническое распределение, статистический интеграл, свободная энергия.
  • Идеальный газ, статистический интеграл, свободная энергия, уравнение состояния.
  • Одночастичная функция распределения, распределение Максвелла по скоростям.
  • Барометрическая формула Больцмана.
  • Большое каноническое распределение, большой статистический интеграл.

Многие понятия и процессы подтверждаются в процессе обучения компьютерным моделированием математических моделей. Студенты получают возможность моделировать все процессы в новом компьютерном классе и получают возможность работать в современных программах моделирования.

Яндекс.Метрика