« Элементы статистической теории неоднородных систем.

Ч.1. Основы статистической термодинамики неоднородных систем »

Направление -510400 Физика

Разработчик:

профессор, доктор физ.-мат. наук ___________________ А.К. Щекин

Рецензент:

профессор, доктор физ.-мат. наук ___________________ Ф.М. Куни

Санкт-Петербург – 2003 г.

Содержание дисциплины

Темы лекций по дисциплине

1. Термодинамические потенциалы. Экстенсивные и интенсивные величины. Теорема Эйлера об однородных функциях.Соотношения Гиббса-Дюгема.

2. Метод Гиббса для поверхностных слоев. Поверхностные избытки термодинамических величин.

3. Поверхностное натяжение и разделяющие поверхности. Эквимолекулярная поверхность.

4. Уравнение адсорбции для плоского поверхностного слоя.

5. Основное термодинамическое соотношение для сферического поверхностного слоя.

6. Поверхность натяжения. Механический смысл поверхностного натяжения.Уравнение адсорбции для сферического поверхностного слоя.

7. Зависимость поверхностного натяжения от кривизны. Формула Толмена.

8. Химический потенциал молекул в капле. Работа образования гомогенной капли.

9. Электрохимический потенциал и тензор давления в диэлектрике в центральном электрическом поле. Соотношения Гиббса-Дюгема для диэлектриков в электрическом поле. Электрострикция.

10. Поверхностная поляризация и обобщенное уравнение адсорбции в центральном электрическом поле. Работа образования капли и химический потенциал молекул в капле при ион-индуцированной нуклеации.

Примерные темы типовых расчетов

• Расчет зависимости поверхностного натяжения от кривизны поверхности капли. Вывод формулы Толмена.

• Расчет зависимости химического потенциала конденсата от размера капли.

• Расчет электрострикционных добавок к химическому потенциалу.

• Расчет размерных поправок к работе образования капли.

Примерный перечень вопросов к экзамену по курсу

1. Термодинамические потенциалы. Экстенсивные и интенсивные величины. Теорема Эйлера об однородных функциях.

2. Соотношения Гиббса-Дюгема для объёмных фаз.

3. Основные идеи метода Гиббса для описания поверхностных слоев между фазами.

4. Поверхностные избытки термодинамических величин.

5. Поверхностное натяжение и разделяющие поверхности.

6. Эквимолекулярная поверхность.

7. Вывод уравнение адсорбции для плоского поверхностного слоя.

8. Основное термодинамическое соотношение для сферического поверхностного слоя.

9. Поверхность натяжения. Механический смысл поверхностного натяжения.

10. Уравнение адсорбции для сферического поверхностного слоя.

11. Зависимость поверхностного натяжения от кривизны. Вывод формулы Толмена.

12. Зависимость химического потенциала молекул в капле от размера капли.

13. Работа образования гомогенной капли и размерные поправки.

14. Электрохимический потенциал.

15. Тензор давления в диэлектрике в центральном электрическом поле.

16. Соотношения Гиббса-Дюгема для диэлектриков в электрическом поле.

17. Учет электрострикции в объемных фазах.

18. Избыточная поверхностная поляризация.

19. Вывод обобщенного уравнения адсорбции в центральном электрическом поле.

20. Работа образования капли и химический потенциал молекул в капле при ион-индуцированной нуклеации.

Литература

Основная

1. Гиббс Дж. В. Термодинамика. Статистическая механика. М.: Наука, 1982.584 с.

2. Куни Ф.М. Статистическая физика и термодинамика. М.: Наука, 1981. 352 с.

3. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. М.: Наука. 1976. 571 с.

4. Оно С., Кондо С. Молекулярная теория поверхностного натяжения в жидкостях. М.: ИЛ. 1963.

5. Роулинсон Дж., Уидом Б. Молекулярная теория капиллярности. М.: Мир, 1986. 375 с.

Дополнительная

1. Русанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. Л.: Химия, 1967.388 с.

2. Русанов А.И., Куни Ф.М. К теории зародышеобразования на заряженных ядрах. 1. Общетермодинамические соотношения. Коллоид. журн. 44 934 (1982).

3. Куни Ф.М., Щекин А.К., Русанов А.И. К теории зародышеобразования на заряженных ядрах. 3. Разложение по параметру кривизны капли в сильном поле заряженного ядра. Коллоид. журн. 45 682 (1983).

4. Куни Ф.М., Щекин А.К., Русанов А.И. К теории зародышеобразования на заряженных ядрах. 4. Вычисление работы образования в сильном поле заряженного ядра. Коллоид. журн. 45 901 (1983).

5. Rusanov A.I., Kuni F.M. Reformulation of the thermodynamic theory of nucleation on charged particles. Journal of Colloid and Interface Science 100 264 (1984).

6. Щекин А.К., Русанов А.И., Куни Ф.М. К теории зародышеобразования на заряженных ядрах. 6. Безбарьерное зародышеобразование в парах органических жидкостей. Коллоид. журн. 46 535 (1984).

1. Цель изучения дисциплины: формирование у студентов, начинающих свое обучение в бакалавриатуре кафедры статистической физики, основ термодинамического подхода к многофазным и многокомпонентным системам с различной размерностью.

2. Задачи курса: познакомить студентов с основными термодинамическими потенциалами, дать представление о методе разделяющих поверхностей Гиббса при анализе поверхностных слоев, показать, как в термодинамическом описании может быть учтено влияние внутренних и внешних электрических полей.

3. Место курса в профессиональной подготовке выпускника: курс является частью спецкурса «ВВЕДЕНИЕ В СТАТИСТИЧЕСКУЮ ФИЗИКУ», опирается на общий курс «Молекулярная физика», читаемый во втором семестре 1 курса; курс послужит основой для последующих спецкурсов кафедры по теории фазовых переходов; курс способствует более глубокому восприятию раздела по термодинамике общего курса «Термодинамика и статистическая физика», читаемого студентам в 7 и 8 семестрах.

4. Требования к уровню освоения дисциплины «ВВЕДЕНИЕ В СТАТИСТИЧЕСКУЮ ФИЗИКУ-Основы термодинамики поверхностных явлений»

• знать основные термодинамические потенциала и их естественные переменные,

• иметь понятие о термодинамических степенях свободы,

• уметь выводить соотношения Гиббса-Дюгема для трехмерных систем,

• иметь представление о методе разделяющих поверхностей Гиббса при анализе поверхностных слоев,

• уметь выводить уравнение адсорбции для плоского и сферического поверхностного слоя,

• иметь представление о термодинамическом описании влияния внутренних и внешних электрических полей.

Объем дисциплины, виды учебной работы, форма текущего, промежуточного и итогового контроля