Термодинаміка та статистична фізика 1

Мета дисципліни: Навчити студентів специфічному підходу до опису природних явищ. Основними рівняннями є рівняння збереження: (імпульсу, енергії, маси) і кінетичні рівняння (описують зміну властивостей систем з часом);Навчити студентів специфічного математичного апарату теорії подібностей;Навчити студентів основним рівнянням термодинаміки  та дослідженню властивостей їхніх розв’язків і фізичною інтерпретацією цих властивостей. 
Задачі дисципліни: 
Навчити студентів розумінню того яким чином математичний апарат теорії узгоджується з її фізичним змістом і розвинути вміння робити на підставі математичного апарата фізичні висновки;
Навчити студентів вирішувати якомога більш широке коло задач, що розв’язуються термодинамікою і що використовують, розвинути в них здатність самостійно ставити і вирішувати ці задачі*
 
Основні результати навчання

ПР01. Знати, розуміти та вміти застосовувати основні положення загальної та теоретичної фізики, зокрема, класичної, релятивістської та квантової механіки, молекулярної фізики та термодинаміки, електромагнетизму, хвильової та квантової оптики, фізики атома та атомного ядра для встановлення, аналізу, тлумачення, пояснення й класифікації суті та механізмів різноманітних фізичних явищ і процесів для розв’язування складних спеціалізованих задач та практичних проблем з фізики та/або астрономії.
ПР02. Знати і розуміти фізичні основи астрономічних явищ: аналізувати, тлумачити, пояснювати і класифікувати будову та еволюцію астрономічних об’єктів Всесвіту (планет, зір, планетних систем, галактик тощо), а також основні фізичні процеси, які відбуваються в них.
ПР03. Знати і розуміти експериментальні основи фізики: аналізувати, описувати, тлумачити та пояснювати основні експериментальні підтвердження існуючих фізичних теорій.
ПР05. Знати основні актуальні проблеми сучасної фізики та астрономії.
ПР07. Розуміти, аналізувати і пояснювати нові наукові результати, одержані у ході проведення фізичних та астрономічних досліджень відповідно до спеціалізації.
ПР08. Мати базові навички самостійного навчання: вміти відшуковувати потрібну інформацію в друкованих та електронних джерелах, аналізувати, систематизувати, розуміти, тлумачити та використовувати її для вирішення наукових і прикладних завдань.
ПР13. Розуміти зв’язок фізики та/або астрономії з іншими природничими та інженерними науками, бути обізнаним з окремими (відповідно до спеціалізації) основними поняттями прикладної фізики, матеріалознавства, інженерії, хімії, біології тощо, а також з окремими об’єктами (технологічними процесами) та природними явищами, що є предметом дослідження інших наук і, водночас, можуть бути предметами фізичних або астрономічних досліджень.
ПР22. Розуміти значення фізичних досліджень для забезпечення сталого розвитку суспільства.

Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять

Л – лекційні заняття; ПЗ – практичні заняття; СРС – самостійна робота здобувача вищої освіти; Кз – самостійні контрольні завдання; МКР – модульна контрольна робота; К – консультації.

Тематика та види навчальних занять

Лекція 1.  Огляд класичної механіки і неможливість її застосування до мікрооб’єктів. 
(3 год)
ПЗ1. Випадкові величини та події у фізиці. (4год) 
СРС. К 

Лекція 2. Фазовий простір і фазові траєкторії. Гармонічний осцилятор у фазовому просторі. СРС. К.
Лекція 3.Теореми додавання та множення ймовірностей випадкових величин. Гістограма. (3 год)
СРС. К
Змістовий модуль №2 Математичний апарат термодинаміки та статистиці.

Лекція 4.  Диференціальні та інтегральні функції розподілу. Мода і медіана. Моменти функції розподілу. 
ПЗ2 Центральні моменти функції розподілу. Дисперсія. Біномного розподілу (4год)  СРС. К

Лекція 5. Найбільш ймовірне, середнє та дисперсія випадкової величини, розподіленої за биноминальному закону. Формула Стірлінга. Розподіл Пуассона як граничний випадок биноминального розподілу. Розподіл Гауса як граничний випадок биноминального розподілу. Властивості функції Гаусса.  (3 год) 
СРС. К

Лекція 6. Мікро канонічний ансамбль. Розподіл Максвелла-Больцмана. Метод Лагранжа. Тиск в газі, що підкоряється розподілу Максвелла. 
ПЗ3. Рівняння стану ідеального газу Клапейрона - Менделєєва. (4год) 
 СРС. К

Змістовий модуль №3 Модифікації рівняння стану ідеального газу. 

Лекція 7. Швидкість звуку в газі. Енергія газу, що підкоряється розподілу Максвелла. Флуктуації. Середнє число частинок в об'ємі. (3 год)
 ПЗ4.Флуктуація числа частинок і їх відносна флуктуація. (4год) 
 СРС. К

Лекція 8. Зв'язок між тиском в ідеальному газі і його енергією. Нормована функція Больцмана і середнє значення енергії. Інтегральне перетворення Фур'є і теорема моментів. ПЗ5. Канонічний ансамбль. Розподіл Гіббса. Статистична сума. (4год) 
 СРС. К

Семестровий модуль №2
Змістовий модуль №4. Почала термодинаміки. Політропні процеси.

Лекція 9.. Початку термодинаміки. Робота, енергія, тепло. Теплоємність, питома і молярна теплоємність. Перший закон термодинаміки. Співвідношення Майєра. Коефіцієнт Пуассона. Адіабатичний процес і швидкість звуку. (3 год)
 СРС. К

Лекція 10. Політропні процеси. Не політропні процеси - методика розрахунку. Ентропія. Другий та третій закони термодинаміки. Термодинамічні потенціали у замкненій системі. Відкриті системи та хімічний потенціал. 
ПЗ6. Співвідношення Максвелла. 1-го роду. Співвідношення Максвелла. 2-го роду. (4год) 
 СРС. К
 
Змістовий модуль №5 Циклічні процеси в термодинаміці. 

Лекція 11. Циклічні процеси в термодинаміці. Методика розрахунку циклу. Цикл Карно. Теорема Карно. К. п. д. циклу Карно. Подання циклу Карно в різних термодинамічних змінних. Циклічні процеси в хімічно реагуючих середовищах. Ефективність. 
СРС. К

Лекція 12. Реальні гази. Потенціал Леннарда - Джонса. Сили Ван - дер – Вальса. Ізотерми-Ендрюс. Рівняння Ван – дер - Вальса. Метастабільні стани. Критичний стан речовини. 
ПЗ7. Опалесценція. Теорема вириалов. (4год) 
 СРС. К

Змістовий модуль №6 Фазові перетворення. Будова речовини

Лекція 13. Фазові перетворення. Рівняння Клапейрона - Клаузіуса. Фазова діаграма в змінних Тиск-Температура. Потрійна точка. Властивості фазових переходів першого роду. Властивості фазових переходів другого роду. (3 год) 
СРС. К

Лекція 14. Поверхневий натяг. Адсорбція.Капілярні явища. Формула Лапласа.Тиск пари над викривленою поверхнею. Поправка Томсона.Розчини. Закон Генрі і Рауля.Осмос. 
ПЗ8. Рівняння Вант-Гоффа. Тиск газу над розчином рідини. (4год)
 СРС. К

Лекція 15 Процес Джоуля - Томсона.Будова речовини. Рідкі кристали. Мезофазы. Тверді та аморфні тіла (3 год)
СРС. К
 
Індивідуальна робота (не передбачена)

Самостійна робота

Самостійна робота складає 61 годин. Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт:
1) підготовка до лекційних занять – 31 годин; 2) підготовка до практичних занять та до виконання контрольних завдань – разом 30 годин..

Процедура оцінювання

Система оцінювання рівня навчальних досягнень ґрунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. Для забезпечення оперативного контролю за успішністю та якістю рівня навчальних досягнень здобувачів вищої освіти дисципліна поділяється на два семестрові модулі. Здобувачі протягом семестру готуються до лекційних та практичних занять, виконують 4 контрольних завдання та 2 модульні контрольні роботи.
Модульні контрольні роботи №1, №2 виконуються у письмовій формі. Максимальна оцінка за їх бездоганне виконання становить 30 балів (у формі теоретичного питання, тестових запитань та практичного завдання). Правильна відповідь на теоретичне питання оцінюється в 5 балів. Кількість тестових запитань 10, кожна правильна відповідь оцінюється в 1 бал. Правильне виконання практичного завдання оцінюється в 15 балів.
Кожний модуль оцінюється у максимально можливі 50 балів.
Семестровий модуль № 1
Кз1. Оцінка за виконання – 10 балів. Термін надання – 4 тиждень.
Кз2. Оцінка за виконання – 10 балів. Термін надання – 5 тиждень.
МК1. Модульна контрольна робота – 30 балів (8 тиждень). Перескладання можливе протягом 9–11 тижнів за розкладом консультацій.
Семестровий модуль № 2
Кз3. Оцінка за виконання – 10 балів. Термін надання – 11 тиждень.
Кз4. Оцінка за виконання – 10 балів. Термін надання – 13 тиждень.
МК2. Модульна контрольна робота – 30 балів (15 тиждень).
Максимальна оцінка за повний обсяг виконаних навчальних елементів дисципліни – 100 балів.
Підсумковим контролем з дисципліни є залік. 

Умови допуску до підсумкового контролю

До заліку допускаються здобувачі вищої освіти, які виконали всі види навчальних елементів навчальної дисципліни на не менш, ніж на 80 %.

Політика освітнього процесу

Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх не зрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань, відвідувати консультації викладача. Дотримуватись принципів академічної доброчесності. 

Робота, яка виконана після встановлених викладачем термінів, не приймається.

Відсутність здобувача на контрольній роботі або на заліку відповідає оцінці «0».

Під час лекції здійснювати телефонні дзвінки забороняється.