III. Термодинамика. Молекулярная физика.

Предмет термодинамики и статистической физики (молекулярно-кинетической теории); неравновесная термодинамика и физическая кинетика. Термодинамический и статистический методы исследования, пределы применимости термодинамики.

Макроскопические параметры и их классификация: внешние и внутренние, аддитивные (экстенсивные) и неаддитивные (интенсивные), функции состояние и величины, функциями состояния не являющиеся.

Внутренняя и внешняя энергия. Работа и теплообмен.

Классификация термодинамических систем: открытые, закрытые, адиабатно изолированные (адиабатные), изолированные (замкнутые). Простые системы. Гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные) системы, фазы и компоненты, агрегатные состояния вещества.

Стационарное состояние и состояние термодинамического равновесия. Транзитивность состояния термодинамического равновесия. Термодинамические параметры. I или основной постулат (общее начало) термодинамики — принцип существования и устойчивости состояния термодинамического равновесия изолированной термодинамической системы. Релаксация. Время релаксации. Иерархия времён релаксации. Равновесные (квазистатические) и физически бесконечно медленные процессы.

Тепловое (термическое) равновесие и его транзитивность, пробное тело. II постулат (0‑е начало) термодинамики — принцип существования температуры. Иная формулировка II постулата — принцип зависимости внутренних параметров от внешних и температуры (или внутренней энергии).

Термометрическое тело и термометрическая величина, эмпирические шкалы температур (t=t₁+(l_t-l₁)·(t₂-t₁)/(l₂-l₁), t°C=100·(l_t-l₀)/(l₁₀₀-l₀)).

Нормальные условия. Коэффициент теплового (термического) расширения (α=(V‑V₀)/V₀t) и температурный коэффициент давления (β=(p‑p₀)/p₀t) достаточно разреженного (идеального) газа. Законы идеального газа (Бойля‑Мариотта pV=conts при t=const, Гей-Люссака V=V₀(1+αt°C), V=V₀αT или V/T=const при p=const, Шарля или второй закон Гей-Люссака p=p₀(1+βt°C), p=p₀βT или p/T=const при V=const, T=1/α+t°C=273(,15)+t°C). Газовая шкала температур. Закон Менделеева‑Клапейрона.

Модель идеального газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Молекулярно-кинетический смысл температуры.

Барометрическая формула. Распределение Больцмана молекул в силовом потенциальном поле.

Распределение Максвелла молекул идеального газа по скоростям. Среднеквадратичная, наиболее вероятная и средняя скорости молекул идеального газа.

Энергия теплового движения молекул идеального газа. Закон равнораспределения энергии по степеням свободы.

Внутренняя энергия идеального газа, закон Джоуля. Работа, совершаемая газом.

I начало термодинамики. Внутренняя энергия и количество теплоты. Правило знаков для работы и количества теплоты.

Теплоёмкость, удельная и молярная теплоёмкости. Теплоёмкости идеального газа: C_v, C_p; энтальпия идеального газа; уравнение Майера.

Политропический процесс. Молярная теплоемкость при политропическом процессе.

Адиабатический процесс. Уравнение адиабаты (уравнение Пуассона). Работа газа при адиабатическом процессе.

Принцип действия и к.п.д. тепловой машины. II начало термодинамики в формулировках Клаузиуса и Томсона, их эквивалентность.

Обратимые и необратимые процессы. Циклические процессы. Предельный характер обратимых процессов.

Цикл Карно, независимость к.п.д. цикла Карно от рабочего тела.

Абсолютная термодинамическая температура. Тождественность абсолютной термодинамической температуры и температуры по шкале идеально-газового термометра.

Энтропия идеального газа. Изменение энтропии идеального газа.

Неравенство Клаузиуса, энтропия, закон возрастания энтропии. Предельный характер цикла Карно.

Статистическое толкование II начала термодинамики.

Теорема Нернста (III начало термодинамики).

Основное термодинамическое тождество.

Термодинамические потенциалы (внутренняя энергия, свободная энергия Гиббса, энтальпия, термодинамический потенциал — свободная энергия Гельмгольца) и их свойства.