«ИЗБРАННЫЕ МЕТОДЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ-

Системы с заряженными частицами»

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. Симметричные электролиты и плазма. Основные идеи метода Дебая-Хюккеля.

2. Нахождение среднего электрического потенциала в приближении Дебая-Хюккеля. Вычисление свободной энергии, давления и химического потенциала в приближении Дебая-Хюккеля.

3. Адсорбция ионов на границе жидкость-газ. Метод Онсагера-Самараса.

4. Поверхностное натяжение сильных электролитов в приближении Онсагера-Самараса.

5. Плоский поверхностный слой на границе твердое тело-электролит. Метод Гуи-Чепмена.

6. Профили потенциала и концентраций ионов вблизи заряженной поверхности в приближении Гуи-Чепмена. Специфическая адсорбция, молекулярные силы и поправка Штерна.

Примерные темы типовых расчетов

• Нахождение поправки от самосогласованного поля к химическому потенциалу заряженных частиц.

• Расчет зависимости поверхностного натяжения от концентрации электролита. Вывод формулы Онзагера-Самараса.

• Расчет профиля электрического потенциала в электролите вблизи твердой стенки.

Примерный перечень вопросов к экзамену по курсу

1. Статистическое описание симметричных электролитов и плазмы.

2. Основные идеи метода Дебая-Хюккеля.

3. Нахождение среднего электрического потенциала в приближении Дебая-Хюккеля.

4. Вычисление свободной энергии в приближении Дебая-Хюккеля.

5. Вычисление давления и химического потенциала в приближении Дебая-Хюккеля.

6. Малый параметр теории Дебая-Хюккеля.

7. Статистическое описание адсорбции ионов на границе жидкость-газ.

8. Основные идеи метода Онсагера-Самараса.

9. Адсорбция сильных электролитов в приближении Онсагера-Самараса.

10. Поверхностное натяжение сильных электролитов в приближении Онсагера-Самараса.

11. Статистическое описание плоского поверхностного слоя на границе твердое тело-электролит.

12. Основные идеи метода Гуи-Чепмена.

13. Профили потенциала и концентраций ионов вблизи заряженной поверхности в приближении Гуи-Чепмена.

14. Специфическая адсорбция, молекулярные силы и поправка Штерна.

Литература

Основная

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

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

3. Sparnaay M.J. The electrical double layer. The International Encyclopedia of Physical Chemistry and Chemical Physics, v.4. Glasgow: Pergamon Press, 1972.

Дополнительная

1. Onsager L., Samaras N.N.T. The surface tension of Debye-Hückel electrolytes// J.Chem. Phys. 1934. V.2. P.527-536.

2. Levin Y., Interfacial tension of electrolyte solutions// J. Chem. Phys. 2000, 113, p. 9722 – 9723.

3. Ninham B.W., Yaminsky V., Ion binding and ion specificity: the Hofmeister effect and Onsager and Lifshitz theories// Langmuir 1997, 13, p. 2097 – 2108.

4. Ninham B.W., Yaminsky V., Surface tension of electrolytes: specific ion effects explaned by dispersion forces// Langmuir 2001, 17, p. 4475 – 4478.

5. Weissenborn P.K., Pugh R.J. Surface Tension of Aqueous Solutions of Electrolytes: Relationship with Ion Hydration, Oxygen Solubility, and Bubble Coalescence.// Journal of Colloid and Interface Science. 1996. V.184, p. 550–563.

6. Netz R.R. Debye-Huckel theory for interfacial geometries.// Physical Review E. 1999. V.60, n. 3. P. 3174-3182.

1. Цель изучения дисциплины: детальное ознакомление студентов, обучающихся в бакалавриатуре кафедры статистической физики и параллельно слушающих общий курс «Термодинамика и статистическая физика», с методами термодинамического и статистического описания систем с заряженными частицами, которые могут быть полезными для выполнения бакалаврских и магистерских работ.

2. Задачи курса: познакомить студентов с основными методами термодинамического и статистического описания объёмных фаз и поверхностных слоев с заряженными частицами; подробно обсудить области применимости этих методов.

3. Место курса в профессиональной подготовке выпускника: курс является частью спецкурса «ИЗБРАННЫЕ МЕТОДЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ», опирается на спецкурс «ВВЕДЕНИЕ В СТАТИСТИЧЕСКУЮ ФИЗИКУ-Основы термодинамики поверхностных явлений», читаемый в 6 семестре; 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 «ИЗБРАННЫЕ МЕТОДЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ-Системы с заряженными частицами»

• уметь сформулировать основные идеи и границы применимости метода Дебая-Хюккеля

• уметь сформулировать основные идеи и границы применимости метода Онсагера-Самараса

• уметь сформулировать основные идеи и границы применимости метода Гуи-Чепмена-Штерна

• иметь представление об особенностях описания нейтральных и заряженных поверхностных слоев.

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