Рабочая программа дисциплины «Физика» для поступающих в аспирантуру по специальности icon

Рабочая программа дисциплины «Физика» для поступающих в аспирантуру по специальности


Смотрите также:
Рабочая программа дисциплины «Социология» для поступающих в аспирантуру по специальности...
Рабочая программа дисциплины «Экономика и управление народным хозяйством» для поступающих в...
Программа для вступительного экзамена в аспирантуру по специальности 01. 01...
Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальности 02. 00. 02 аналитическая химия...
Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальности 10. 02. 01 Русский язык...
Рабочая программа дисциплины "физика" для специальности 011200 "ГЕОфизика"...
Рабочая программа по дисциплине Теория систем и сигналов (наименование дисциплины) для...
Рабочая программа курса “Интегральные уравнения и вариационное исчисление ” для специальности...
Программа для подготовки к сдаче вступительного экзамена в аспирантуру по специальности 12. 00...
Рабочая программа по дисциплине Методы математической физики Для специальности физика...
Программа вступительного экзамена по курсу «природоресурсное право; аграрное право...
Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальности 13. 00...



Загрузка...
скачать


СБОРНИК ПРОГРАММ


для аспирантов и соискателей ученой степени

кандидата физико-математических наук


по специальности

«Теплофизика и теоретическая теплотехника»


(шифр специальности 01.04.14)


Екатеринбург – 2006


Федеральное агентство по образованию

Российский государственный профессионально-педагогический университет

Инженерно-педагогический институт

Кафедра общей физики


Утверждаю

Проректор по научной работе

и внешним связям


________________ В.А. Федоров


“ “ ___________ 2006 г.


^ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА


дисциплины «Физика»

для поступающих в аспирантуру

по специальности

01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехника

(физико-математические науки)


Екатеринбург – 2006

Рабочая программа дисциплины «Физика» для поступающих в аспирантуру (шифр специальности 01.04.14) / Рос. гос. проф.-пед. ун-т; Сост. д-р физ.-мат. наук, профессор А.Д. Ивлиев. Екатеринбург, 2006. 19 с.


Программа утверждена на заседании кафедры общей физики, протокол № 7 от 3 марта 2005 г.


Заведующий кафедрой

общей физики А.С. Борухович


Рекомендована к печати методической комиссией Инженерно-педагогического института, протокол № от .


Председатель методической комиссии ИПИ В.Ф. Журавлев


 Российский государственный

профессионально-педагогический

университет, 2006


^ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


Настоящая программа содержит все основные разделы курса общей физики, изучаемого в вузах (втузах) на специальностях физического профиля. Она разработана в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по физике. Программа предназначена для выпускников высших учебных заведений и соискателей, готовящихся к поступлению в аспирантуру по специальности 01.04.14 – теплофизика и теоретическая теплотехника.

Весь материал разделен на восемь разделов: I – IV разделы посвящены классической физике и специальной теории относительности, а V–VIII – квантовой физике.

Основные проблемы классической физики и специальной теории относительности рассматриваются в разделах: «Классическая механика и специальная теория относительности», «Электричество и магнетизм», «Колебания и волны», «Молекулярная физика и термодинамика». Проблемы квантовой физики представлены в разделах: «Квантовая механика», «Физика атома», «Физика твердого тела», «Физика атомного ядра и элементарных частиц».

В экзаменационный билет включаются как минимум два теоретических вопроса, из которых первый относится к разделам классической физики и специальной теории относительности, а второй – к квантовой физике.


^ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины «Физика»

для поступающих в аспирантуру по специальности

01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехника

(физико-математические науки)


Раздел I.^ КЛАССИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА И СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ


    1. Кинематика


Механическое движение. Тело отсчета. Система отсчета. Радиус-вектор. Траектория. Путь. Перемещение. Скорость. Ускорение (полное, тангенциальное, нормальное). Поступательное и вращательное движения. Угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение. Связь между угловыми и линейными кинематическими величинами.


1.2. Динамика


Свободное тело. Инерциальные системы отсчета. Инерция, масса, импульс тела. Сила. Первый закон Ньютона. Второй закон Ньютона. Импульс силы. Третий закон Ньютона. Силы в механике (закон всемирного тяготения, сила тяжести, вес тела, реакция опоры, упругая сила, сила трения). Принцип относительности Галилея. Момент силы. Момент импульса. Момент инерции. Основной закон динамики вращательного движения. Теорема Штейнера.


^ 1.3. Работа, энергия, законы сохранения в механике


Работа. Мощность. Энергия. Кинетическая энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. Графическое представление потенциальной энергии (потенциальные кривые). Замкнутая система. Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса. Закон сохранения и изменения механической энергии. Упругий и неупругий удар. Всеобщий закон сохранения энергии.


^ 1.4. Механика жидкостей и газов


Внутреннее и внешнее давления. Закон Архимеда. Физически малая частица. Линии тока. Закон Бернулли.


1.5. Специальная теория относительности


Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца и основные следствия из них. Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистские импульс и масса. Релятивистская динамика. Работа и энергия в теории относительности. Полная энергия уединенного тела. Энергия покоя.


Раздел II. ^ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ


2.1. Электростатика


Электромагнитное поле. Закон Кулона. Электрический заряд и его свойства. Напряженность электрического поля. Графическое представление электрического поля. Принцип суперпозиции для напряженности электрического поля. Расчет полей симметричных заряженных тел методом дифференцирования-интегрирования. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса для потока вектора напряженности. Расчет напряженностей полей, создаваемых симметричными зарядами.

Работа сил электростатического поля при перемещении точечного заряда. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Энергия взаимодействия зарядов. Потенциал электростатического поля. Напряженность, как градиент потенциала. Расчет потенциалов полей симметричных тел.

Электрический диполь. Диэлектрик. Вектор поляризации. Напряженность поля в диэлектриках. Индукция электрического поля. Теорема Гаусса для индукции электрического поля. Диэлектрическая восприимчивость вещества и ее зависимость от температуры. Диэлектрическая проницаемость среды. Граничные условия для напряженности и индукции электростатического поля на границе раздела двух диэлектрических сред. Типы диэлектриков. Сегнетоэлектрики. Пьезоэффект.

Распределение зарядов в проводниках. Электрическая емкость уединенного проводника. Емкость электрического конденсатора. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии электростатического поля.


^ 2.2. Постоянный ток


Электрический ток, его характеристики и условия существования. Разность потенциалов, электродвижущая сила, напряжение. Закон Ома для участка цепи в интегральной и дифференциальной форме. Электрическое сопротивление. Удельное электрическое сопротивление. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Закон Ома для замкнутой цепи. Правила Кирхгофа. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной форме. Электрические токи в твердых, жидких телах, газах и вакууме.


2.3. Магнетизм


Магнитное поле. Элемент тока. Индукция магнитного поля. Закон Био-Савара. Вихревой характер магнитного поля. Принцип суперпозиции. Теорема Гаусса для индукции магнитного поля. Расчет полей симметричных токов методом дифференцирования-интегрирования.

Теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля по замкнутому контуру. Расчет полей симметричных токов.

Закон Ампера. Взаимодействие параллельных проводников с током. Единица силы тока – Ампер. Контур с током в магнитном поле, его магнитный момент. Работа вращения контура с током в магнитном поле.

Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле.

Магнетик. Магнитное поле в веществе. Намагниченность. Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля в веществе. Магнитная восприимчивость, магнитная проницаемость. Характеристики магнитного поля на границе раздела двух магнетиков. Типы магнетиков. Ферромагнетики. Кривая намагничивания. Магнитный гистерезис. Домены.


2.4. Электромагнетизм


Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. Вихревые токи.

Явление самоиндукции. Индуктивность. Токи при замыкании и размыкании цепи, содержащей индуктивность. Явление взаимной индукции.

Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного поля.

Закон магнитоэлектрической индукции (закон о токах смещения) Максвелла. Вихревое электрическое поле.

Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной форме. Электромагнитное поле и основные его характеристики.


Раздел III.^ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ


3.1. Колебания


Колебания и их характеристики. Кинематика и динамика гармонических колебаний. Энергия гармонического осциллятора. Сложение одинаково направленных и взаимно перпендикулярных гармонических колебаний. Затухающие колебания. Коэффициент затухания. Логарифмический декремент затухания. Вынужденные колебания в резонансных системах. Резонанс. Анализ колебательных процессов в механических и электромагнитных системах.


^ 3.2. Волны. Основные характеристики


Волны и их характеристики. Уравнения кинематики и динамики волновых процессов (уравнение волны и волновое уравнение). Вектор Пойнтинга.

Поляризация света. Рассеяние, поглощение и дисперсия волн. Отражение и преломление волн на границе раздела двух сред.


^ 3.3. Интерференция и дифракция


Интерференция волн. Понятие когерентности. Оптическая длина пути. Оптическая разность хода. Стоячие волны. Расчет параметров интерференционной картины от двух источников (опыт Юнга). Интерференция волн в тонких пленках. Дифракция. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция на щели. Дифракционная решетка. Голография.


Раздел IV.^ МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА


4.1. Равновесное состояние идеального газа


Молекулярно-кинетический и термодинамический методы изучения макроскопических систем. Идеальный газ. Уравнение Клапейрона-Менделеева. Температура. Закон Дальтона. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Распределение Максвелла. Барометрическая формула. Распределение Больцмана.

Внутренняя энергия. Степени свободы. Работа и теплопередача, как две формы обмена энергией. Первое начало термодинамики. Обратимые и необратимые термодинамические процессы. Теплоемкость. Работа газа. Адиабатный процесс. Термодинамические циклы. Термодинамическая вероятность. Энтропия. Второе начало термодинамики.


^ 4.2. Реальные газы и жидкости. Фазовые переходы


Уравнение Ван-дер-Ваальса. Неидеальный газ. Жидкость. Фазовый переход газ-жидкость на примере уравнения Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние. Внутренняя энергия реального газа. Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение. Капиллярность.


^ 4.3. Неравновесные процессы


Явления переноса. Уравнения Фика, Фурье, Ньютона. Коэффициенты переноса. Длина свободного пробега молекул. Микроскопический расчет кинетических коэффициентов.


Раздел V.^ КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА


5.1. Корпускулярно-волновой дуализм


Тепловое излучение. Его характеристики. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Законы Стефана-Больцмана и Вина. Формула Релея-Джинса. Квантовая гипотеза и формула Планка. Фотоэффект. Объяснение закономерностей внешнего фотоэффекта А. Эйнштейном. Эффект Комптона. Корпускулярно - волновой дуализм электромагнитного излучения.

Развитие представлений о строении атома. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Ядерная модель атома. Постулаты Бора. Модель атома водорода по Бору. Энергетический спектр атома. Квантовое число.

Гипотеза Л. де Бройля. Корпускулярно-волновой дуализм вещества.


^ 5.2. Элементы квантовой механики


Соотношения неопределенностей Гейзенберга. Волновая функция и ее статистический смысл. Уравнение Шредингера для нестационарных и стационарных состояний. Решение уравнения Шредингера для частицы в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме. Квантование энергии. Энергетический спектр. Спин. Принцип Паули.

Границы применимости квантовой механики.


Раздел VI.^ ФИЗИКА АТОМА


Атом водорода. Квантовые числа. Механический и магнитный орбитальный моменты электрона. Векторная модель атома. Многоэлектронные атомы. Спин и спиновый магнитный момент электрона. Спиновое квантовое число. Магнетон Бора. Распределение электронов по энергетическим уровням в атоме. Периодическая система элементов Менделеева.

Правило отбора. Ширина спектральных линий. Характеристическое рентгеновское излучение. Закон Мозли. Спонтанное и индуцированное излучения. Инверсная заселенность энергетических уровней. Принцип действия лазера.


Раздел VII. ^ ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА


Твердое тело. Кристаллическая структура. Виды межатомной связи в твердых телах. Дефекты кристаллических решеток. Теплоемкость решетки. Фононы. Электроны в твердом теле. Образование энергетических зон. Диэлектрики, проводники и полупроводники. Функция распределения Ферми-Дирака. Энергия Ферми. Химический потенциал. Вырожденный электронный газ. Теплоемкость электронного газа.

Динамика электронов. Эффективная масса. Электроны и дырки. Примесные полупроводники. Электронный и дырочный полупроводники. Бесщелевые полупроводники.

Явления переноса в проводниках и в полупроводниках. Закон Видемана-Франца.

Сверхпроводимость.

Неоднородные структуры. Работа выхода электронов. Контактные и термоэлектрические явления. Термоэлектронная эмиссия.

Собственная проводимость полупроводников. Концентрационная и температурная зависимости собственной проводимости. Примесная проводимость в полупроводниках. Контакт дырочного и электронного полупроводников (p-n – переход). Полупроводниковый диод. Термосопротивление. Фотосопротивление. Полупроводниковые фотоэлементы (внутренний фотоэффект). Светодиоды. Фотодиоды.


Раздел VIII.^ ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ


Состав ядра. Характеристики атомного ядра (заряд, масса, плотность, размеры).

Дефект массы и энергия связи нуклонов в ядре. Зависимость удельной энергии связи от массового числа.

Ядерные силы, их природа и особенности. Ядерные реакции и их основные типы. Энергетический эффект ядерной реакции. Законы сохранения в ядерных реакциях. Реакция деления ядер. Цепная реакция. Коэффициент размножения нейтронов. Критическая масса. Реакция синтеза ядер. Энергия Солнца и звезд. Проблемы управляемых термоядерных реакций.

Радиоактивность ядер. Закон радиоактивного распада. Период полураспада, постоянная радиоактивного распада. Типы радиоактивного распада (a-, b-распады).

Элементарные частицы. Их классификация. Частицы и античастицы. Физический вакуум. Фундаментальные взаимодействия. Гипотеза кварков.


^ ОСНОВНЫЕ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ


  1. Механическое движение. Тело отсчета. Система отсчета. Поступательное движение и его характеристики (радиус-вектор, траектория, путь, перемещение, скорость, ускорение).

  2. Вращательное движение и его угловые характеристики (угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение). Связь между угловыми и линейными кинематическими величинами.

  3. Свободное тело. Инерциальные системы отсчета. Инерция, масса, импульс тела. Сила. Первый закон Ньютона. Второй закон Ньютона.

  4. Второй закон Ньютона. Импульс силы. Третий закон Ньютона.

  5. Силы в механике (закон всемирного тяготения, сила тяжести, вес тела). Силы в механике (реакция опоры, упругая сила, сила трения).

  6. Принцип относительности Галилея.

  7. Момент силы. Момент импульса. Момент инерции. Основной закон динамики вращательного движения.

  8. Теорема Штейнера.

  9. Работа. Мощность. Энергия. Кинетическая энергия.

  10. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. Графическое представление потенциальной энергии (потенциальные кривые).

  11. Замкнутая система. Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса.

  12. Закон сохранения и изменения механической энергии. Упругий и неупругий удар. Всеобщий закон сохранения энергии.

  13. Внутреннее и внешнее давления. Закон Архимеда.

  14. Физически малая частица. Линии тока. Закон Бернулли.

  15. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца и основные следствия из них. Релятивистский закон сложения скоростей.

  16. Релятивистские импульс и масса. Релятивистская динамика.

  17. Работа и энергия в теории относительности. Полная энергия уединенного тела. Энергия покоя.

  18. Электромагнитное поле. Закон Кулона. Электрический заряд и его свойства.

  19. Напряженность электрического поля. Графическое представление электрического поля. Принцип суперпозиции для напряженности электрического поля.

  20. Расчет полей симметричных заряженных тел методом дифференцирования-интегрирования.

  21. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса для потока вектора напряженности. Расчет напряженностей полей, создаваемых симметричными зарядами.

  22. Работа сил электростатического поля при перемещении точечного заряда. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Энергия взаимодействия зарядов.

  23. Потенциал электростатического поля. Напряженность, как градиент потенциала. Расчет потенциалов полей симметричных тел.

  24. Электрический диполь.

  25. Диэлектрик. Вектор поляризации. Напряженность поля в диэлектриках. Индукция электрического поля.

  26. Теорема Гаусса для индукции электрического поля.

  27. Диэлектрическая восприимчивость вещества и ее зависимость от температуры. Диэлектрическая проницаемость среды.

  28. Граничные условия для напряженности и индукции электростатического поля на границе раздела двух диэлектрических сред.

  29. Типы диэлектриков. Сегнетоэлектрики. Пьезоэффект.

  30. Распределение зарядов в проводниках. Электрическая емкость уединенного проводника.

  31. Емкость электрического конденсатора.

  32. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии электростатического поля.

  33. Электрический ток, его характеристики и условия существования. Разность потенциалов, электродвижущая сила, напряжение.

  34. Закон Ома для участка цепи в интегральной и дифференциальной форме. Электрическое сопротивление. Удельное электрическое сопротивление.

  35. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Закон Ома для замкнутой цепи.

  36. Правила Кирхгофа.

  37. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной форме.

  38. Электрические токи в твердых, жидких телах, газах и вакууме.

  39. Магнитное поле. Элемент тока. Индукция магнитного поля.

  40. Закон Био-Савара. Вихревой характер магнитного поля. Принцип суперпозиции.

  41. Расчет полей симметричных токов методом дифференцирования-интегрирования.

  42. Теорема Гаусса для индукции магнитного поля.

  43. Теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля по замкнутому контуру. Расчет полей симметричных токов.

  44. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных проводников с током. Единица силы тока - Ампер.

  45. Контур с током в магнитном поле, его магнитный момент. Работа вращения контура с током в магнитном поле.

  46. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле.

  47. Магнетик. Магнитное поле в веществе. Намагниченность.

  48. Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля в веществе. Магнитная восприимчивость, магнитная проницаемость.

  49. Характеристики магнитного поля на границе раздела двух магнетиков.

  50. Типы магнетиков. Ферромагнетики. Кривая намагничивания. Магнитный гистерезис. Домены.

  51. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. Вихревые токи.

  52. Явление самоиндукции. Индуктивность. Токи при замыкании и размыкании цепи, содержащей индуктивность.

  53. Явление взаимной индукции.

  54. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного поля.

  55. Закон магнитоэлектрической индукции (закон о токах смещения) Максвелла. Вихревое электрическое поле.

  56. Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной форме.

  57. Электромагнитное поле и основные его характеристики.

  58. Колебания и их характеристики. Кинематика и динамика гармонических колебаний.

  59. Энергия гармонического осциллятора.

  60. Сложение одинаково направленных колебаний.

  61. Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний.

  62. Затухающие колебания. Коэффициент затухания. Логарифмический декремент затухания.

  63. Вынужденные колебания в резонансных системах. Резонанс.

  64. Анализ колебательных процессов в механических системах.

  65. Анализ колебательных процессов в электромагнитных системах.

  66. Волны. Основные характеристики волны. Уравнения кинематики и динамики волновых процессов (уравнение волны и волновое уравнение). Вектор Пойнтинга.

  67. Поляризация света.

  68. Рассеяние, поглощение и дисперсия волн.

  69. Отражение и преломление волн на границе раздела двух сред.

  70. Интерференция волн. Понятие когерентности. Оптическая длина пути. Оптическая разность хода.

  71. Стоячие волны.

  72. Расчет параметров интерференционной картины от двух источников (опыт Юнга).

  73. Интерференция волн в тонких пленках.

  74. Дифракция. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля.

  75. Дифракция на щели.

  76. Дифракционная решетка.

  77. Голография.

  78. Молекулярно-кинетический и термодинамический методы изучения макроскопических систем.

  79. Идеальный газ. Уравнение Клапейрона-Менделеева. Температура. Закон Дальтона.

  80. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории.

  81. Распределение Максвелла.

  82. Барометрическая формула. Распределение Больцмана.

  83. Внутренняя энергия. Степени свободы.

  84. Работа и теплопередача, как две формы обмена энергией. Первое начало термодинамики. Обратимые и необратимые термодинамические процессы.

  85. Теплоемкость.

  86. Работа газа.

  87. Адиабатный процесс.

  88. Термодинамические циклы.

  89. Термодинамическая вероятность. Энтропия.

  90. Второе начало термодинамики.

  91. Уравнение Ван-дер-Ваальса.

  92. Неидеальный газ. Жидкость.

  93. Фазовый переход газ-жидкость на примере уравнения Ван-дер-Ваальса.

  94. Критическое состояние.

  95. Внутренняя энергия реального газа.

  96. Свойства жидкостей.

  97. Поверхностное натяжение. Капиллярность.

  98. Явления переноса. Уравнения Фика, Фурье, Ньютона. Коэффициенты переноса.

  99. Длина свободного пробега молекул.

  100. Микроскопический расчет кинетических коэффициентов.

  101. Тепловое излучение. Его характеристики. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Законы Стефана-Больцмана и Вина.

  102. Формула Релея-Джинса. Квантовая гипотеза и формула Планка.

  103. Фотоэффект. Объяснение закономерностей внешнего фотоэффекта Эйнштейном.

  104. Эффект Комптона.

  105. Корпускулярно-волновой дуализм электромагнитного излучения.

  106. Развитие представлений о строении атома. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Ядерная модель атома.

  107. Постулаты Бора. Модель атома водорода по Бору. Энергетический спектр атома. Квантовое число.

  108. Гипотеза Л. де Бройля. Корпускулярно-волновой дуализм вещества.

  109. Соотношения неопределенностей Гейзенберга.

  110. Волновая функция и ее статистический смысл.

  111. Уравнение Шредингера для нестационарных и стационарных состояний.

  112. Решение уравнения Шредингера для частицы в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме. Квантование энергии. Энергетический спектр.

  113. Спин. Принцип Паули.

  114. Границы применимости квантовой механики.

  115. Атом водорода. Квантовые числа.

  116. Механический и магнитный орбитальный моменты электрона. Векторная модель атома.

  117. Многоэлектронные атомы. Спин и спиновый магнитный момент электрона. Спиновое квантовое число. Магнетон Бора.

  118. Распределение электронов по энергетическим уровням в атоме. Периодическая система элементов Менделеева.

  119. Правило отбора. Ширина спектральных линий.

  120. Характеристическое рентгеновское излучение. Закон Мозли.

  121. Спонтанное и индуцированное излучения. Инверсная заселенность энергетических уровней. Принцип действия лазера.

  122. Твердое тело. Кристаллическая структура. Виды межатомной связи в твердых телах.

  123. Дефекты кристаллических решеток.

  124. Теплоемкость решетки. Фононы.

  125. Электроны в твердом теле. Образование энергетических зон.

  126. Диэлектрики, проводники и полупроводники.

  127. Функция распределения Ферми-Дирака. Энергия Ферми. Химический потенциал. Вырожденный электронный газ.

  128. Теплоемкость электронного газа.

  129. Динамика электронов. Эффективная масса. Электроны и дырки.

  130. Примесные полупроводники. Электронный и дырочный полупроводники. Бесщелевые полупроводники.

  131. Явления переноса в проводниках и в полупроводниках. Закон Видемана-Франца.

  132. Сверхпроводимость.

  133. Неоднородные структуры. Работа выхода электронов.

  134. Контактные и термоэлектрические явления. Термоэлектронная эмиссия.

  135. Собственная проводимость полупроводников. Концентрационная и температурная зависимости собственной проводимости.

  136. Примесная проводимость в полупроводниках. Контакт дырочного и электронного полупроводников (p-n - переход). Полупроводниковый диод.

  137. Термосопротивление. Фотосопротивление. Полупроводниковые фотоэлементы (внутренний фотоэффект). Светодиоды. Фотодиоды.

  138. Состав атомного ядра. Характеристики атомного ядра (заряд, масса, плотность, размеры).

  139. Дефект массы и энергия связи нуклонов в ядре. Зависимость удельной энергии связи от массового числа.

  140. Ядерные силы, их природа и особенности. Ядерные реакции и их основные типы. Энергетический эффект ядерной реакции.

  141. Законы сохранения в ядерных реакциях. Реакция деления ядер. Цепная реакция. Коэффициент размножения нейтронов. Критическая масса.

  142. Реакция синтеза ядер. Энергия Солнца и звезд. Проблемы управляемых термоядерных реакций.

  143. Радиоактивность ядер. Закон радиоактивного распада. Период полураспада, постоянная радиоактивного распада. Типы радиоактивного распада (a-, b-распады).

  144. Элементарные частицы. Их классификация. Частицы и античастицы.

  145. Физический вакуум. Фундаментальные взаимодействия. Гипотеза кварков.



Литература


  1. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики. М.: Высш. шк., 1989.

  2. Савельев И. В. Курс общей физики. Т. 1–3. М.: Наука, 1988–1989.

  3. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 1–5. М.: Наука, 1979–1987.

  4. Астахов А. В., Широков Ю. М. Курс физики. Т. 1–3. М.: Наука, 1977–1981.

  5. Трофимова Т. И. Курс физики. М.: Высш. шк., 1998.

  6. Киттель Ч., Найт У., Рудерман М., Парселл Э., Крауфорд Ф., Вихман Э., Рейф Ф. Берклеевский курс физики. Т. 1–5. М.: Наука, 1971–1974.

  7. Хайкин С. Э. Физические основы механики. М.: Наука, 1971.

  8. Кикоин И. К., Кикоин А. К. Молекулярная физика. М.: Наука, 1976.

  9. Ландсберг Г. С. Оптика. М.: Наука, 1976.

  10. Епифанов Г. И. Физика твердого тела. М.: Высш. шк., 1977.

  11. Нерсесов Э. А. Основные законы атомной и ядерной физики. М.: Высш. шк., 1988.



Федеральное агентство по образованию

Российский государственный профессионально-педагогический университет

Инженерно-педагогический институт

Кафедра общей физики


Утверждаю

Проректор по научной работе

и внешним связям


_____________ В.А. Федоров


“ “ ___________ 2006 г.


^ ПРОГРАММА КАНДИДАТСКОГО ЭКЗАМЕНА

по специальности 01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехника

(физико-математические науки)


Екатеринбург – 2006


Программа кандидатского экзамена по специальности «Теплофизика и теоретическая теплотехника» (шифр специальности 01.04.14) / Рос. гос. проф.-пед. ун-т; Сост. д-р физ.-мат. наук, профессор А. Д. Ивлиев. Екатеринбург, 2006. 20 с.


Программа обсуждена на заседании кафедры общей физики. Протокол № 7 от 3 марта 2005 г.


Заведующий кафедрой

общей физики А. С. Борухович


Рекомендована к печати методической комиссией Инженерно-педагогического Института. Протокол № от .


Председатель методической комиссии ИПИ В.Ф. Журавлев


 Российский государственный

профессионально-педагогический

университет, 2006


^ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


Программа предназначена для подготовки и аттестации специалистов на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.14 – теплофизика и теоретическая теплотехника.

В основу настоящей программы положены следующие разделы физики: «Термодинамика и статистическая физика»; «Теория неравновесных процессов»; «Физика газов и плазмы, фазовые переходы, физика твердого тела.

Программа состоит из трех разделов, посвященных процессам накопления и передачи теплоты различными физическими объектами. В первом разделе рассматриваются основные принципы термодинамики и статистической физики, определяющие содержание теплофизических процессов. Во втором – принципы и методы описания неравновесных процессов – рассматриваются характеристики вещества, находящегося в неравновесных условиях. Третий раздел посвящен теории тепло-, массопереноса.

Программа кандидатского минимума предусматривает знание соискателем проблем физики вещества, а также процессов переноса теплоты и энергии в различных ситуациях.

Подготовка к кандидатскому экзамену по специальности складывается из изучения рекомендуемой литературы и работы над темой диссертации. Экзаменационный билет содержит три вопроса: два – общетеоретических (в соответствии с данной программой), и один – по теме диссертационной работы. Кроме того, члены экзаменационной комиссии могут задавать вопросы по интересующим их проблемам и спорным моментам.


ПРОГРАММА-МИНИМУМ

кандидатского экзамена по специальности

^ 01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехника

по физико-математическим наукам, рекомендуемая экспертным

советом Высшей аттестационной комиссии Министерства

образования и науки Российской Федерации


Введение


В основу настоящей программы положены следующие разделы физики: термодинамика и статистическая физика; теория неравновесных процессов; физика газов и плазмы, фазовые переxоды, физика твердого тела».

Программа разработана экспертным советом Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации по физике при участии Московского государственного областного университета.


Раздел 1.^ ТЕРМОДИНАМИКА И СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА


1.1. Законы термодинамики. Термодинамические функции. Термодинамические неравенства. Распределение Гиббса. Энтропия. Статистическое обоснование закона возрастания энтропии. Распределение Гиббса для систем с переменным числом частиц.

Статистическое описание идеального газа. Распределение Больцмана. Термодинамические свойства двухатомного газа с молекулами одинаковых и разных атомов. Закон равнораспределения.

Квантовая статистика идеального газа. Распределение Бозе. Бозе-конденсация. Термодинамика черного излучения. Распределение Ферми. Теплоемкость вырожденного ферми-газа.

1.2. Условие химического равновесия. Закон действующих масс. Теплота реакции. Термическая диссоциация, ионизация, возбуждение.

1.3. Неидеальные газы. Разложения по степеням плотности. Вириальные коэффициенты.

1.4. Фазовые переходы первого и второго рода. Термодинамическая теория Ландау фазовых переходов второго рода.

1.5. Теория флуктуаций. Распределение Гаусса. Флуктуации основных термодинамических величин. Формула Пуассона. Корреляция флуктуаций. Флуктуации в критической точке. Корреляция флуктуаций во времени.

1.6. Термодинамика поверхности. Поверхностное натяжение и поверхностное давление. Равновесие между поверхностной фазой и газом. Теория образования зародышей при фазовых переходах первого рода.


Раздел 2.^ ТЕОРИЯ НЕРАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССОВ


2.1. Уравнения переноса, основы термодинамики необратимых явлений. Соотношение симметрии кинетических коэффициентов Онсагера. Применения методов неравновесной термодинамики к явлениям в сплошных средах с одновременным протеканием различных процессов: диффузии, теплопроводности, вязкости, химических реакций.

Кинетическое уравнение Больцмана. Н – теорема. Вывод уравнения Больцмана на основе баланса числа частиц. Идеи метода Чепмена—Энскога и Грэда. Вывод гидродинамических уравнений из уравнений Больцмана. Вычисление кинетических коэффициентов. Влияние химических реакций и внутренних степеней свободы на явления переноса.

2.2. Случайные блуждания и броуновское движение. Уравнение Ланжевена. Уравнение Фоккера-Планка.

2.3. Релаксационные явления. Основное кинетическое уравнение. Колебательная релаксация. Вращательная релаксация. Кинетика диссоциации и ионизации. Газовые лазеры. Столкновительные механизмы создания инверсной населенности.

2.4. Распространение звука в газе, дисперсия и затухание звука. Вторая вязкость.

Ударные волны. Законы сохранения на фронте ударной волны. Ударная адиабата. Структура ударной волны в газах. Истечение газа через сопло.


Раздел 3. ^ ФИЗИКА ГАЗОВ И ПЛАЗМЫ


3.1. Взаимодействие молекул. Источники сведений о межмолекулярных силах. Различные составляющие межмолекулярных сил. Потенциальные функции межмолекулярного взаимодействия. Упругие и неупругие столкновения.

Уравнение состояния идеального газа. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Закон соответственных состояний, термодинамическое подобие. Теплоемкость. Сжимаемость. Эффект Джоуля-Томпсона. Методы измерения термодинамических величин.

3.2. Явление переноса в газах. Вязкость. Теплопроводность. Диффузия. Термодиффузия. Пристеночные явления в умеренно разреженном газе. Термомолекулярная разность давлений. Кинетические явления в сильно разреженном газе (газ Кнудсена).

3.3. Методы исследования явлений переноса. Методы получения сверхнизких и высоких давлений. Диффузионные методы разделения изотопов.

3.4. Низкотемпературная плазма. Дебаевский радиус. Ионизационное равновесие. Формула Саха. Кинетика ионизации. Явление переноса в плазме. Излучение плазмы.


Раздел 4.^ ФИЗИКА ЖИДКОСТЕЙ


4.1. Строение жидкости. Радиальная функция распределения. Изучение структуры жидкости методом рассеяния рентгеновских лучей.

Уравнения состояния жидкости и плотных газов. Плотность, сжимаемость, теплоемкость.

Статистическая теория жидкостей. Частичные функции распределения, методы интегральных уравнений. Модельные теории. Компьютерное моделирование.

4.2. Явление переноса и релаксации в жидкости. Вязкость, теплопроводность, диффузия и самодиффузия.

Сопротивление и теплопередача в ламинарном потоке.

Конвективный теплообмен.

Турбулентное движение и турбулентный теплообмен.

Кризис сопротивления.

Модели турбулентности. Методы расчета турбулентных явлений в газе, жидкости и плазме.

Радиационный теплообмен и радиационная газовая динамика.

Изучение теплового движения в жидкостях по рассеянию света и медленных нейтронов. Пространственно-временная корреляционная функция.

4.3. Поверхностные явления. Поверхностное натяжение, смачивание. Осмотическое давление.

4.4. Экзотические жидкости, жидкие кристаллы, жидкие металлы. Квантовые жидкости. Сверхтекучесть гелия.


Раздел 5.^ ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ


5.1. Диаграммы состояния. Условия равновесия фаз. Закон Клапейрона-Клаузиуса. Критическая точка и физические свойства системы в окрестности критической точки. Соотношения между критическими показателями. Экспериментальные методы исследования критических состояний. Методы термостатирования и получения низких температур.

5.2. Кипение. Кризис кипения. Методы расчета.

Метастабильные состояния. Перегрев, переохлаждение. Давление насыщенных паров над раствором.

Плавление, кристаллизация. Возгонка и сублимация.

5.3. Теплообмен и сопротивление в многофазных средах.


Раздел 6.^ ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА


6.1. Строение твердых тел: кристаллические и аморфные твердые тела. Пространственная решетка кристалла. Трансляционная симметрия. Дефекты в кристаллах: точечные дефекты и дислокации.

Колебание решетки, спектральная плотность колебаний решетки. Ангармонизм и тепловое расширение. Теплоемкость кристаллов. Модели Эйнштейна и Дебая.

6.2. Электронные состояния кристаллов. Модели свободных электронов. Зонная структура энергетического спектра кристаллов. Проводники, полупроводники и диэлектрики. Электронная теплоемкость.

6.3. Термодинамика твердых тел. Уравнение состояния твердых тел. Термодинамическое описание термоупругих свойств.

6.4. Теплопроводность и вязкость твердых тел. Уравнение теплопроводности в твердых телах, теплопроводность кристаллов. Механизмы теплопроводности в диэлектриках и металлах. Вязкость и ее проявление при поглощении звука в твердых телах.Взаимодействие молекул с поверхностью твердого тела. Адсорбция и хемосорбция. Мономолекулярная и полимолекулярная адсорбция.


Литература


  1. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. Л.; М., 1961.

  2. Гордиев Б. Ф., Осипов А. И., Шелепин Л. А. Кинетические процессы в газах и молекулярные лазеры. М.: Наука, 1980.

  3. Исихара А. Статистическая физика. М.: Мир, 1973.

  4. Квасников И. А. Теория равновесных систем. Т. 1: Термодинамика; Т. 2: Статистическая физика. М.: Изд-во УРСС, 2002.

  5. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986.

  6. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика. М.: Наука, 2001.

  7. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1973.

  8. Райзер Ю. П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1992.

  9. Румер Ю. Б., Рывкин М. Ш. Термодинамика, статистическая физика и кинетика. Новосибирск: Изд-во НГУ, 2000.

  10. Силин В. П. Введение в кинетическую теорию газов. М.: Изд-во ФИ АН, 1998.

  11. Стенли Г. Фазовые переходы и кинетические явления. М.: Мир, 1973.

  12. Ступоченко Е., Лосев С. А., Осипов А. И. Релаксационные процессы в ударных волнах. М., 1965.

  13. Физика простых жидкостей: Сб. М.: Мир, 1971.


^ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

кандидатского экзамена по специальности

01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехника


Раздел 1. ПРИНЦИПЫ ТЕРМОДИНАМИКИ И СТАТИСТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ


^ 1.1. Формирование представлений о природе теплоты и строении вещества

Развитие представлений о природе теплоты. Термодинамика – наука о формах обмена энергией. Феноменологический характер термодинамики. Развитие статистических идей. Становление молекулярно-кинетической теории вещества. Вклад отечественной науки в ее формирование.


^ 1.2. Основные понятия и исходные положения термодинамики


Термодинамическая система и окружающая среда. Термодинамическое равновесие. Термодинамические параметры, функции состояния. Основные постулаты. Понятие о термодинамических процессах, процессы равновесные и неравновесные.


^ 1.3. Основные законы и уравнения термодинамики


Внутренняя энергия системы. Основные термодинамические процессы. Теплота и работа как формы обмена энергией – функции процессов. Первый закон термодинамики, его формулировки. Теплоемкости. Уравнение состояния термодинамических систем, термические и калорические уравнения состояния. Вириальная форма уравнений состояния, термические и калорические уравнения состояния. Уравнения Клапейрона-Менделеева и Ван-дер-Ваальса.

Обратимые и необратимые процессы. Формулировки второго закона термодинамики. Условие взаимного превращения тепла и работы в прямом и обратном термодинамических циклах. Принцип адиабатической недостижимости. Голономность пфаффовых форм. Энтропия и термодинамическая температура. Основные уравнения термодинамики для равновесных процессов. Вычисление энтропии. Парадокс Гиббса.

Неравенство Клаузиуса. Изменение энтропии в неравновесных процессах. Основное термодинамическое неравенство. Цикл и теоремы Карно.

Характеристические термодинамические функции и термодинамические потенциалы. Внутренняя энергия как термодинамический потенциал. Преобразования Лежандра. Выражения для термодинамических потенциалов в интегральной и дифференциальной формах. Соотношение Максвелла. Уравнение Гиббса-Гельмгольца.

Тепловая теорема Нернста. Следствия тепловой теоремы: недостижимость абсолютного нуля температур, особенности поведения термических коэффициентов при низких температурах, вырождение идеального газа.


^ 1.4. Основные понятия и исходные положения статистической физики


Динамические и статистические, феноменологические молекулярно-кинетические зависимости. Статистические ансамбли, фазовое пространство, функции распределения. Теорема Лиувилля. Описание квантовых систем.


^ 1.5. Методы равновесной классической статистики


Микроскопическое распределение. Каноническое распределение Гиббса. Статистический интеграл. Большое каноническое распределение Гиббса для систем с переменным числом частиц. Большая статистическая сумма.


^ 1.6. Статистическая термодинамика


Представление внутренней энергии и других термодинамических величин. Статистический смысл энтропии.

Статистический интеграл и термодинамические функции идеального газа. Распределение Максвелла-Больцмана. Теорема вириала и закон распределения энергий по степеням свободы. Теплоемкости одно- и многоатомных газов. Статистический интеграл неидеальных газов, конфигурационный интеграл в приближении парных столкновений. Уравнение состояния.


^ 1.7. Основы квантовой статистики


Принцип тождественности элементарных частиц. Принцип Паули. Статистические распределения Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака. Уравнение состояния и статистика квантового идеального газа. Теплоемкость кристаллов, модель Дебая.


^ 1.8.Фазовое равновесие и фазовые переходы


Классификация термодинамических систем. Основные уравнения термодинамики для сложных систем. Химический потенциал. Условия равновесия. Метастабильные состояния. Равновесие и устойчивость, принцип Ле Шателье-Брауна. Фазовые диаграммы чистого вещества, тройная точка. Равновесие в гомогенной системе. Закон действующих масс. Равновесие в гомогенных многокомпонентных системах. Правило фаз Гиббса.

Фазовые переходы первого рода, уравнение Кланейрона-Клаузиуса. Фазовые переходы второго рода, уравнение Эренфеста, теория Ландау. Критические и закритические явления, критическая точка. Закон соответственных состояний и термодинамическое подобие.


^ 1.9. Термодинамические процессы и циклы


Основные термодинамические процессы и их уравнения, изменение термодинамических функций, теплоты и работы. Исследование диаграмм для расчета процессов. Эффект Джоуля-Томсона.

Силовые термодинамические циклы. Влияние параметров циклов на их термический кпд. Паросиловой цикл Ренкина. Циклы холодильной машины и теплового насоса.


Раздел 2.^ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ОПИСАНИЯ НЕРАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССОВ


2.1. Основы теории флуктуаций


Распределение Гаусса. Флуктуации термодинамических величин. Формула Пуассона. Корреляция флуктуаций. Броуновское движение. Уравнения Ланжевена и Фоккера-Планка. Основное кинетические уравнение для коррелятивных функций.


^ 2.2. Метод коррелятивных функций и основные положения неравновесной термодинамики


Реакция системы на внешнее динамические возмущение. Реакция системы на термическое возмущение.

Условия локального равновесия. Локальная запись законов сохранения массы, импульса и энергии. Уравнение баланса энтропии. Плотность производства и плотность потока энтропии. Феноменологические соотношения для плотностей потоков тепла, массы и импульса. Соотношения взаимности Онсагера. Замкнутая система дифференциальных уравнений сохранения энергии, массы и импульса.


^ 2.3. Кинетика газоподобных систем


Уравнение Больцмана. Н-теорема и закон возрастания энтропии. Уравнение переноса молекулярных признаков (массы, импульса, энергии). Идеи методов Чепмена, Энскога и Грэда, вычисление кинетических коэффициентов.


Раздел 3.^ ТЕОРИЯ ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОСА


3.1. Элементы теории упругости


Модель сплошной среды. Тензор деформации. Тензор напряжений. Термодинамика деформирования. Обобщенный закон Гука. Плотность потоков массы, импульса и энергии и соответствующие уравнения сохранения.


^ 3.2. Явления переноса массы и импульса в сплошных средах


Перенос массы – уравнение непрерывности с источниками и стоками. Идеальная жидкость. Уравнение Эйлера. Вихревое движение. Теоремы Гельмгольца и Томсона. Потенциальное движение. Уравнение Бернулли. Парадокс Даламбера. Эффект Магнуса.

Вязкая жидкость. Тензор вязких напряжений. Уравнение Навье-Стокса. Диссипация кинетической энергии в вязкой жидкости. Законы подобия.

Устойчивость стационарного движения жидкости. Уравнение Рейнольдса для турбулентного движения. Теория турбулентности Прандтля.

Движение жидкости в пограничном слое. Уравнение Прандтля. Интегральное уравнение Кармана. Отрыв и турбулизация пограничного слоя. Кризис сопротивления.


^ 3.3. Элементы газовой динамики


Динамика разреженного газа. Одномерный поток сжимаемого газа. Формула Сан-Венана-Венцеля. Параметры газа в критической точке. Число Маха.

Прямая ударная волна, ударная адиабата, косая ударная волна, ударная поляра, отсоединенная ударная волна. Изменение скоростей и термодинамические функции в ударных волнах.

Волна разряжения, изменение термодинамических функций и скоростей. Сопло Лаваля.

Взаимодействие газового потока с поверхностью. Формула Кнудсена. Режимы течения газа.

Основные положения теории разделения изотопов: разделительный элемент, коэффициенты разделения и обогащения. Умножение обогащения в каскаде. Идеальный каскад. Потенциал разделения и разделительная мощность. Первичный эффект разделения в поле центробежных сил. Умножение разделения в противоточной центрифуге. Решение уравнения обогащения в приближении Коэна.


3.4. Теплопроводность


Тепловой поток. Уравнение теплопроводности, краевые условия. Стационарная теплопроводность, решение задачи для простейших тел. Объемные и поверхностные источники тепла.

Нестационарная теплопроводность. Простейшие задачи для бесконечных и конечных областей. Нелинейная теплопроводность. Автомодельные решения. Тепловые волны. Приближенные численные методы решения.


^ 3.5. Конвективный теплообмен


Общие уравнения переноса тепла. Методы подобия и размерности в теории теплообмена. Критерии подобия, критериальные уравнения теплообмена. Теплоотдача при свободной и вынужденной конвекции.

Теплообмен в ламинарном пограничном слое, трение и теплообмен при обтекании пластины несжимаемой жидкостью. Теплообмен и трение при турбулентном обтекании плоской пластины.


^ 3.6. Теплообмен при испарении, конденсации и кипении


Пленочная и капельная конденсация. Теплообмен при конденсации пара из парогазовой смеси.

Теплообмен при кипении однокомпонентных жидкостей. Режимы кипения. Механизм процесса теплообмена при пузырьковом кипении.

Кризис кипячения. Механизмы теплообмена при пленочном кипении. Теплопередача при ламинарном и турбулентном движении паровой пленки.


^ 3.7. Теплообмен излучением


Основные законы теплового излучения. Формула Планка. Закон Стефана-Больцмана. Закон Кирхгофа. Лучистый теплообмен между телами. Угловые коэффициенты излучения. Теплообмен в поглощающих и излучающих средах. Особенности излучения газов и паров. Критерий радиационного подобия.


^ ОСНОВНЫЕ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ


  1. Развитие представлений о природе теплоты. Термодинамика – наука о формах обмена энергией. Феноменологический характер термодинамики.

  2. Развитие статистических идей. Становление молекулярно-кинетической теории вещества. Вклад отечественной науки в ее формирование.

  3. Термодинамическая система и окружающая среда. Термодинамическое равновесие.

  4. Термодинамические параметры, функции состояния.

  5. Основные постулаты. Понятие о термодинамических процессах, процессы равновесные и неравновесные.

  6. Внутренняя энергия системы.

  7. Основные термодинамические процессы.

  8. Теплота и работа как формы обмена энергией – функции процессов. Первый закон термодинамики, его формулировки.

  9. Теплоемкости.

  10. Уравнение состояния термодинамических систем, термические и калорические уравнения состояния. Вириальная форма уравнений состояния, термические и калорические уравнения состояния. Уравнения Клапейрона-Менделеева и Ван-дер-Ваальса.

  11. Обратимые и необратимые процессы. Формулировки второго закона термодинамики.

  12. Условие взаимного превращения тепла и работы в прямом и обратном термодинамических циклах.

  13. Принцип адиабатической недостижимости. Голономность пфаффовых форм.

  14. Энтропия и термодинамическая температура.

  15. Основные уравнения термодинамики для равновесных процессов.

  16. Вычисление энтропии. Парадокс Гиббса.

  17. Неравенство Клаузиуса. Изменение энтропии в неравновесных процессах. Основное термодинамическое неравенство.

  18. Цикл и теоремы Карно.

  19. Характеристические термодинамические функции и термодинамические потенциалы. Внутренняя энергия как термодинамический потенциал.

  20. Преобразования Лежандра. Выражения для термодинамических потенциалов в интегральной и дифференциальной формах.

  21. Соотношение Максвелла. Уравнение Гиббса-Гельмгольца.

  22. Тепловая теорема Нернста. Следствия тепловой теоремы: недостижимость абсолютного нуля температур, особенности поведения термических коэффициентов при низких температурах, вырождение идеального газа.

  23. Динамические и статистические, феноменологические молекулярно-кинетические зависимости. Статистические ансамбли, фазовое пространство, функции распределения.

  24. Теорема Лиувилля. Описание квантовых систем.

  25. Микроскопическое распределение. Каноническое распределение Гиббса.

  26. Статистический интеграл. Большое каноническое распределение Гиббса для систем с переменным числом частиц. Большая статистическая сумма.

  27. Представление внутренней энергии и других термодинамических величин. Статистический смысл энтропии.

  28. Статистический интеграл и термодинамические функции идеального газа. Распределение Максвелла-Больцмана.

  29. Теорема вириала и закон распределения энергий по степеням свободы.

  30. Теплоемкости одно- и многоатомных газов.

  31. Статистический интеграл неидеальных газов, конфигурационный интеграл в приближении парных столкновений.

  32. Уравнение состояния. Принцип тождественности элементарных частиц.

  33. Принцип Паули.

  34. Статистические распределения Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака.

  35. Уравнение состояния и статистика квантового идеального газа.

  36. Теплоемкость кристаллов, модель Дебая.

  37. Классификация термодинамических систем. Основные уравнения термодинамики для сложных систем.

  38. Химический потенциал. Условия равновесия.

  39. Метастабильные состояния. Равновесие и устойчивость, принцип Ле Шателье-Брауна.

  40. Фазовые диаграммы чистого вещества, тройная точка. Равновесие в гомогенной системе.

  41. Закон действующих масс. Равновесие в гомогенных многокомпонентных системах. Правило фаз Гиббса.

  42. Фазовые переходы первого рода, уравнение Кланейрона-Клаузиуса.

  43. Фазовые переходы второго рода, уравнение Эренфеста, теория Ландау.

  44. Критические и закритические явления, критическая точка. Закон соответственных состояний и термодинамическое подобие.

  45. Основные термодинамические процессы и их уравнения, изменение термодинамических функций, теплоты и работы.

  46. Исследование диаграмм для расчета процессов. Эффект Джоуля-Томсона.

  47. Силовые термодинамические циклы. Влияние параметров циклов на их термический кпд. Паросиловой цикл Ренкина. Циклы холодильной машины и теплового насоса.

  48. Распределение Гаусса. Флуктуации термодинамических величин. Формула Пуассона.

  49. Корреляция флуктуаций. Броуновское движение. Уравнения Ланжевена и Фоккера-Планка.

  50. Основное кинетические уравнение для коррелятивных функций.

  51. Реакция системы на внешнее динамические возмущение.

  52. Реакция системы на термическое возмущение.

  53. Условия локального равновесия. Локальная запись законов сохранения массы, импульса и энергии. Уравнение баланса энтропии.

  54. Плотность производства и плотность потока энтропии. Феноменологические соотношения для плотностей потоков тепла, массы и импульса.

  55. Соотношения взаимности Онсагера. Замкнутая система дифференциальных уравнений сохранения энергии, массы и импульса.

  56. Уравнение Больцмана. Н-теорема и закон возрастания энтропии.

  57. Уравнение переноса молекулярных признаков (массы, импульса, энергии).

  58. Идеи методов Чепмена, Энскога и Грэда, вычисление кинетических коэффициентов.

  59. Модель сплошной среды. Тензор деформации. Тензор напряжений.

  60. Термодинамика деформирования. Обобщенный закон Гука.

  61. Плотность потоков массы, импульса и энергии и соответствующие уравнения сохранения.

  62. Перенос массы – уравнение непрерывности с источниками и стоками. Идеальная жидкость. Уравнение Эйлера.

  63. Вихревое движение. Теоремы Гельмгольца и Томсона. Потенциальное движение. Уравнение Бернулли. Парадокс Даламбера. Эффект Магнуса.

  64. Вязкая жидкость. Тензор вязких напряжений. Уравнение Навье-Стокса. Диссипация кинетической энергии в вязкой жидкости. Законы подобия.

  65. Устойчивость стационарного движения жидкости. Уравнение Рейнольдса для турбулентного движения. Теория турбулентности Прандтля.

  66. Движение жидкости в пограничном слое. Уравнение Прандтля.

  67. Интегральное уравнение Кармана. Отрыв и турбулизация пограничного слоя. Кризис сопротивления.

  68. Динамика разреженного газа. Одномерный поток сжимаемого газа. Формула Сан-Венана-Венцеля. Параметры газа в критической точке. Число Маха.

  69. Прямая ударная волна, ударная адиабата, косая ударная волна, ударная поляра, отсоединенная ударная волна. Изменение скоростей и термодинамические функции в ударных волнах.

  70. Волна разряжения, изменение термодинамических функций и скоростей. Сопло Лаваля.

  71. Взаимодействие газового потока с поверхностью. Формула Кнудсена. Режимы течения газа.

  72. Основные положения теории разделения изотопов: разделительный элемент, коэффициенты разделения и обогащения. Умножение обогащения в каскаде. Идеальный каскад. Потенциал разделения и разделительная мощность. Первичный эффект разделения в поле центробежных сил. Умножение разделения в противоточной центрифуге. Решение уравнения обогащения в приближении Коэна.

  73. Тепловой поток. Уравнение теплопроводности, краевые условия.

  74. Стационарная теплопроводность, решение задачи для простейших тел. Объемные и поверхностные источники тепла.

  75. Нестационарная теплопроводность. Простейшие задачи для бесконечных и конечных областей.

  76. Нелинейная теплопроводность. Автомодельные решения. Тепловые волны. Приближенные численные методы решения.

  77. Общие уравнения переноса тепла. Методы подобия и размерности в теории теплообмена. Критерии подобия, критериальные уравнения теплообмена.

  78. Теплоотдача при свободной и вынужденной конвекции.

  79. Теплообмен в ламинарном пограничном слое, трение и теплообмен при обтекании пластины несжимаемой жидкостью.

  80. Теплообмен и трение при турбулентном обтекании плоской пластины. Пленочная и капельная конденсация. Теплообмен при конденсации пара из парогазовой смеси.

  81. Теплообмен при кипении однокомпонентных жидкостей. Режимы кипения. Механизм процесса теплообмена при пузырьковом кипении. Кризис кипячения.

  82. Механизмы теплообмена при пленочном кипении. Теплопередача при ламинарном и турбулентном движении паровой пленки.

  83. Основные законы теплового излучения. Формула Планка. Закон Стефана-Больцмана. Закон Кирхгофа.

  84. Лучистый теплообмен между телами. Угловые коэффициенты излучения. Теплообмен в поглощающих и излучающих средах.

  85. Особенности излучения газов и паров. Критерий радиационного подобия.


Литература


1. Базаров И. П., Геворкян Э. В., Николаев П. Н. Термодинамика и статистическая физика. М.: МГУ, 1986.

2. Куни Ф. М. Статистическая физика и термодинамика. М.: наука, 1981.

3. Ландау Л. Д., Лившиц Е. М. Теория упругости. М.: Наука, 1987.

4. Ландау Л. Д., Лившиц Е. М. Статистическая физика. М.: Наука, 1976.

5. Левич В. Г., Вдовин Ю. А., Мямлин В. А. Курс теоретической физики. Т. 1, 2. М.: Наука, 1969.

6. Резибуа П., Де Ленар М. Классическая кинетическая теория жидкостей и газов. М.: Мир, 1980.

7. Ландау Л. Д., Лившиц Е. М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986.

8. Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндлин А. Е. Техническая термодинамика. М.: Энергия, 1974.

9. Кутателадзе С. С. Основы теории тепло- и массообмена. Новосибирск: Наука, 1970.

10. Николаев Г. П., Павлов П. А. Теплофизика. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001.

11. Кейс В. М. Конвективный тепло- массообмен. М.: Энергия, 1972.

12. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964.


Составитель: д-р физ.-мат. наук, профессор А.Д. Ивлиев


^ СБОРНИК ПРОГРАММ


для аспирантов и соискателей ученой степени

кандидата физико-математических наук


по специальности

«Теплофизика и теоретическая теплотехника»


(шифр специальности 01.04.14)


Подписано в печать . Формат 60х84/16. Бумага для множ. аппаратов. Печать плоская. Уч.-изд.л. 2,8. Усл. печ. л. 3,0. Тираж 50 экз. Заказ №

Российский государственный профессионально-педагогический университет.

________________________________________________________________

Ризограф РГППУ. 620012, Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11.





Скачать 405.29 Kb.
оставить комментарий
Дата27.09.2011
Размер405.29 Kb.
ТипРабочая программа, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх