Цели и задачи курса

Термодинамика является наукой о наиболее общих свойствах макроскопических физических систем. Поэтому знание термодинамики необходимо для решения практически любой задачи макроскопической физики и, в частности, при изучении фазовых переходов, в современной механике сплошных сред, в физике твердого тела. Целью курса является сообщение студентам сведений об основных понятиях и принципах термодинамики и формирование у студентов умения применять эти понятия и принципы при решении практических задач, особенно из вышеупомянутых разделов физики. Кроме того, курс должен подготовить студентов к изучению возможных специальных курсов типа "Неравновесная термодинамика", "Фазовые переходы", "Синэнергетика" и т.п.

Содержание курса

редмет курса. Макроскопические системы. Тепловое движение. Феноменологический характер термодинамики, ее математический аппарат. Основные положения термодинамики. Внешние и внутренние термодинамические параметры. Термодинамическое состояние, число термодинамических степеней свободы. Состояние термодина-мического равновесия. Функции состояния и функции процессов. Экстенсивные и интенсивные параметры. Жесткие и податливые, адиабатические и диатермические стенки. Изолированная система. "Общее начало" термодинамики. Флуктуации. Транзитивность термодинамического равновесия. Термометр. "Нулевое начало" термодинамики. Эмпирическая температура. Различные термометрические шкалы. Газовый термометр. Релаксация. Время релаксации. Равновесный процесс. Внутренняя энергия. Работа и теплота. Термодинамические силы. Термические и калорическое уравнения состоя-ния. Первое начало термодинамики. Уравнение первого начала. Теплоемкости и скрытые теплоты. Связь между теплоемкостями Термостат. Равновесный элемент теплоты как форма Пфаффа. Основные термодинамические процессы и их уравнения. Второе начало термодинамики. Компенсация. Формулировка Кельвина. Обратимые и необратимые процессы. Принцип адиабатической недостижимости Каратеодори. Теорема Каратеодори. Энтропия и абсолютная температура. Связь между абсолютной и эмпирической температурами. Независимость абсолютной температуры от выбора термометрического тела. Основное уравнение равновесной термодинамики. Вычисление энтропии. Второе начало для неравновесных процессов. Связь между уравнениями состояния. Коэффициент полезного действия тепловых машин. Холодильная установка. Тепловой насос. Цикл Карно. Формулировка Клаузиуса. Границы применимости второго начала. Метод термодинамических потенциалов. Внутренняя энергия как потенциал. Свободная энергия. Потенциал Гиббса. Энтальпия. Химический потенциал. Большой потенциал. Уравнение Гиббса -Дюгема. Условия термодинамического равновесия. Гомогенные и гетерогенные системы. Фазы и компоненты. Общие условия равновесия. Стабильные и метастабильные равновесия. Условия равновесия двухфазной системы. Условия устойчивости равновесия однофазной системы. Максимальная работа. Фазовые переходы. Классификация фазовых переходов. Фазовые переходы первого рода. Уравнение Клапейрона - Клаузиуса. Тройная точка. Критическая точка. Явления перегрева и переохлаждения. Правило фах Гиббса. Принцип Ле-Шателье - Брауна. Фазовые переходы второго рода. Уравнения Эренфеста. Теория Ландау. Переход ферромагнетик-парамагнетик. Критические явления. Критические показатели. Неравенство Рашбрука. Гипотеза подобия. Третье начало термодинамики. Недостижимость абсолютного нуля температуры. Поведение физических величин при стремлении абсолютной температуры к нулю.

Темы практических занятий

Математика термодинамики (пфаффовы формы). - 2ч. Работа - 2 ч. Первое начало - 6 ч. Второе начало - 6 ч. Термодинамические потенциалы - 10 ч. Фазовые переходы - 4 ч.

Литература

Базаров И.П. Термодинамика. М.: Высшая школа. 1983. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика, части 1 и 2, тома V и IX "Курса теоретической физики", М.: Наука. 1976 и 1978. Терлецкий Я.П. Статистическая физика. М.: Высшая школа. 1994.

К списку