Статистическая термодинамика

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
Химический факультет
Кафедра физической химии
УТВЕРЖДАЮ
Декан химического факультета
профессор____________Гущин А.В.
«12» сентября 2011 г.
Учебная программа
дисциплины СДМ.03 "Статистическая термодинамика"
магистерской программы 020104 – «Физическая химия»
по направлению подготовки 020100_68 - « Химия»
Нижний Новгород
2011 г.
1. Область применения
Данная дисциплина относится к блоку специальных дисциплин, преподается студентам
магистерской программы 020104 – «Физическая химия» в 3 семестре.
2. Цели и задачи дисциплины
Содержание дисциплины направлено на изучение методов определения термодинамических
свойств макроскопической системы на основе свойств образующих ее частиц, законов их
движения и взаимодействия.
3. Требования к уровню усвоения содержания дисциплины
В результате изучения студенты должны:
Знать
 основные положения классической статистической термодинамики;
 квантово-механические представления в статистической термодинамике.
Уметь
 вычислять термодинамические функции идеального газа по молекулярным данным;
 рассчитывать константы равновесия химических реакций;
 оценивать межмолекулярные взаимодействия в реальных системах методам
статистической термодинамики.
Иметь представление о статистических теориях реальных систем: реальных газов, твердых
тел, жидкостей и растворов.
4. Структура дисциплины
4.1 Объем дисциплины виды учебной работы
Виды учебной работы
Всего часов
Семестры
1
2
3
90
В
Лекции
18
18
Практические занятия
18
18
Самостоятельная работа
54
54
Вид итогового контроля (зачет,
Зачет, экзамен
Зачет, экзамен
Общая трудоемкость дисциплины
экзамен)
5. Содержание дисциплины
5.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
Раздел дисциплины
п/п
1.
Основные постулаты статистической физики
2
Лекции
СР
+
+
2.
3.
4.
5.
Флуктуации термодинамических величин
Вычисление термодинамических функций идеального
газа по молекулярным данным
Статистический подход к учету межмолекулярных
взаимодействий
Общее рассмотрение статистического подхода в
описании свойств реальных газов, твердых тел и
жидкостей
+
+
+
+
+
+
+
+
5.2. Содержание разделов дисциплины
Основные
положения
классической
статистической
термодинамики.
Микроканоническое и каноническое распределения. Микроканонический и канонический
ансамбли Гиббса. Энтропия изолированной системы в равновесном и неравновесном
состояниях. Вывод основных термодинамических уравнений из формулы канонического
распределения Гиббса. Связь термодинамических функций со статистическим интегралом.
Флуктуации термодинамических величин. Условия устойчивости системы
относительно непрерывных изменений состояния. Флуктуация температуры, объема и числа
частиц в заданном объеме.
Вычисление термодинамических функций идеального газа по молекулярным данным.
Статистические суммы по состояниям и расчет с их помощью термодинамических функций
состояния. Стандартные термодинамические функции газа и стандартная статистическая
сумма. Расчет химических равновесий.
Межмолекулярные силы, потенциал межмолекулярного взаимодействия. Некоторые
потенциалы парного взаимодействия.
Общее рассмотрение статистического подхода в описании свойств реальных газов,
твердых тел и жидкостей. Уравнения состояния реальных газов. Энергия кристаллической
решетки. Связь термодинамических параметров жидкости с функциями распределения.
6. Лабораторный практикум
Не предусмотрен в рамках данного курса
7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
7.1. Рекомендуемая литература.
а) основная литература:
1.
Н.А. Смирнова Методы статистической термодинамики в физической химии: Учеб.
пособие. 2-е изд., перераб. и до-пол. М.: Высш. шк. 1982. 456 с.
2.
О.М. Полторак Термодинамика в физической химии. М: Высш. шк. 1991. 319 с.
3.
Е.Н. Еремин Основы химической термодинамики: Учеб. пособие. М: Высш. шк. 1978.
391 с.
4.
И. Пригожин, Д. Дефей. Химическая термодинамика. Новосибирск: Наука. 1966. 286 с.
б) дополнительная литература:
1.
Л.Д. Ландау, Е.М. Лившиц. Статистическая физика. М.: Наука. 1965. 345 с.
2.
Е.М. Кузнецова, М.В. Обрезкова. Статистическая термодинамика идеального газа. Сб.
методических материалов. М.:МГУ. 2002. Ч.1. 100.
3.
Ч. Китель. Элементарная статистическая физика. М.: Мир. 1977. 311 с.
8. Вопросы для контроля
1. Основные постулаты статистической физики.
2. Энтропия изолированной системы в равновесном и неравновесном состояниях.
3. Флуктуации термодинамических величин.
3
4. Выделение вкладов в термодинамические функции, связанных с различными видами
движения молекул.
5. Пределы применимости классической статистики идеального газа.
6. Расчет химических равновесий в идеальных газовых смесях по молекулярным данным.
7. Модельные потенциалы парного взаимодействия.
8. Реальные газы. Учет межмолекулярных взаимодействий.
9. Связь термодинамических параметров жидкости с функциями распределения.
10. Статистический подход к определению энергии кристаллической решетки.
9. Критерии оценок
Зачтено
Не зачтено
Превосходно
Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Плохо
Знание основного содержания разделов дисциплины, допускаются
неточности, нарушения в последовательности изложения
материала. Правильное применение теоретических знаний для
решения практических задач. Допускаются незначительные
ошибки в решении расчетных задач.
Не знает значительной части основного содержания разделов
дисциплины. Имеющихся знаний недостаточно для освоения
дисциплин последующих курсов. Не может решать простые
основные расчетные и качественные задачи.
Превосходная подготовка. Исчерпывающее и логически строгое
изложение всех разделов дисциплины. Владение материалом
позволяет быстро справиться с видоизмененным заданием.
Успешное владение любыми типами расчетных и качественных
задач.
Отличная подготовка. Твердое знание всех разделов дисциплины.
Допускаются незначительные неточности, нарушения в
последовательности изложения материала. Владение
необходимыми приемами и способами решения всех расчетных и
качественных задач.
Очень хорошая подготовка. Твердое знание всех разделов
дисциплины с рядом неточностей. Владение необходимыми
приемами и способами решения всех расчетных и качественных
задач.
Хорошая подготовка. Знание основных разделов дисциплины.
При изложении материала допускаются незначительные
неточности. Владение необходимыми приемами и способами
решения основных расчетных и качественных задач.
Подготовка, удовлетворяющая минимальным требованиям.
Знание основного содержания разделов дисциплины,
допускаются грубые неточности, неправильные формулировки,
нарушения в последовательности изложения материала.
Имеющихся знаний недостаточно для освоения дисциплин
последующих курсов. Допускаются грубые ошибки в решении
расчетных задач. Обладает необходимыми приемами и
способами решения основных качественных задач.
Не знает значительной части основного содержания разделов
дисциплины.
Полностью не освоен предлагаемый материал
4
10. Примерная тематика курсовых работ и критерии их оценки
Не предусмотрены в рамках данного курса.
Программа составлена в соответствии с Федеральным государственным образовательным
стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 020100.68
– «Химия»
Автор программы, доцент___________ А.В. Маркин
Программа рассмотрена на заседании кафедры 21 июня 2011 г. протокол № 10
Заведующий кафедрой, академик РАН______________Г.А. Абакумов
Программа одобрена методической комиссией факультета от 5 сентября 2011 г протокол № 1
Председатель методической комиссии, профессор_________________ Е.В. Сулейманов
5