Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Томский государственный архитектурно-строительный университет»
(ТГАСУ)
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по научной работе
Н.А. Цветков __________________
«__01__»____09___________2011 г.
ПРОГРАММА
ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА В АСПИРАНТУРУ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ
01.04.07 «ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ»
ТОМСК
2011
Составитель Конева Н.А., доктор физ.-мат. наук, профессор_____________________
(Ф.И.О., подпись)
Программа обсуждена на заседании кафедры «Физики»
протокол № ___9________ от «____20___» _____06__________ 20__11___ г.
Заведующий кафедрой _______________________________________Э.В. Козлов
(Подпись, Ф.И.О.)
Программа рассмотрена и согласована на заседании совета общеобразовательного
факультета
протокол № ___________ от «_______» _______________ 20_____ г.
Декан факультета _________________________________________В.А. Старенченко
(Подпись, Ф.И.О.)
МЕХАНИКА
1. Основные законы механики. Пространство и время. Способы измерения протяженности и длительности (в лабораторной практике, в космических масштабах, в микромире).
Материальная точка. Инерциальная система отчета. Явление инерции. Первый закон
Ньютона. Движение материальной точки под действием силы. Масса как мера инертности.
Второй закон Ньютона. Взаимодействие материальных точек. Третий закон Ньютона.
Гравитационное поле. Масса как источник гравитационного поля. Закон всемирного тяготения. Равенство гравитационной и инертной масс.
2. Законы сохранения в механике. Импульс материальной точки. Закон изменения и
сохранения импульса. Столкновение тел. Момент импульса. Закон изменения и сохранения
момента импульса. Момент силы. Движение под действием сил. Механическая работа.
Энергия. Кинетическая и потенциальная энергия системы материальных точек тела и системы тел. Закон сохранения энергии. Связь законов сохранения со свойствами пространства-времени. Роль законов сохранения в механике. Движение в центральном поле. Рассеяние частиц. Движение абсолютно твердого тела. Вращательное движение. Угловая
скорость. Тензор моментов инерции. Углы Эйлера. Уравнение Эйлера.
3. Вариационные принципы в механике. Принцип наименьшего действия. Функция
Лагранжа. Уравнения движения в форме Лагранжа. Функция Гамильтона. Уравнения
движения в форме Гамильтона. Метод Гамильтона - Якоби. Адиабатические инварианты.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. ТЕРМОДИНАМИКА И СТАТИСТИЧЕСКАЯ
ФИЗИКА
1. Основные понятия и постулаты термодинамики. Макроскопическая система. Основы
молекулярно-кинетической теории вещества. Термодинамический и статистический методы описания. Внешние и внутренние параметры. Термодинамическое состояние и его
функции. Состояние термодинамического равновесия. Постулаты термодинамики. Установление термодинамического равновесия в изолированной системе. Равновесные и неравновесные процессы.
2. Начала термодинамики. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия, теплота и
работа. Теплоемкости и скрытые теплоты. Простейшие процессы и газовые законы на
примере идеального газа и газа Ван дер Ваальса. Второе начало термодинамики. Абсолютная температура и энтропия. Второе начало термодинамики для неравновесных процессов. Неравенство Клаузиуса. Третье начало термодинамики. Поведение термодинамических величин при температуре, стремящейся к абсолютному нулю.
3. Термодинамические потенциалы, условия равновесия и фазовые переходы. Идея
метода термодинамических потенциалов, его сопоставление с методом циклов. Внутренняя
энергия (как потенциал), свободная энергия, потенциал Гиббса, энтальпия. Термодинамические потенциалы для систем с переменной массой. Химический потенциал. Основное
соотношение равновесной термодинамики. Условия термодинамического равновесия.
Гомогенная и гетерогенная системы. Фаза и компонента. Необходимые условия равновесия
двухфазной однокомпонентной системы. Условия устойчивости равновесия однофазной
системы. Фазовые переходы первого рода. Поведение термодинамических величин при
фазовых переходах первого рода. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Плавление. Сублимация. Испарение и кипение, давление насыщенного пара. Смачивание. Капиллярные явления. Метастабильные состояния. Явление перегрева и переохлаждения. Тройная точка.
Критическая точка. Правило фаз Гиббса. Фазовые переходы второго рода. Поведение физических величин при фазовых переходах второго рода. Параметр порядка. Универсальность поведения физических величин вблизи критической точки. Критические индексы.
4. Основные положения статистической физики. Фазовое пространство. Функция распределения (статистический ансамбль). Микроканоническое распределение. Каноническое
распределение Гиббса. Связь статистической суммы со свободной энергией. Распределение
Максвелла -Больцмана. Теорема о равном распределении кинетической энергии по степеням свободы. Теплоемкость классического идеального газа. Сравнение с экспериментом.
Газ Ван дер Вальса. Большое каноническое распределение Гиббса. Квантовая статистика.
Квантовые идеальные газы. Распределения Ферми - Дирака и Бозе - Эйнштейна. Общие
свойства ферми - газов. Теплоемкость вырожденного электронного газа.
5. Флуктуации. Распределение вероятностей флуктуации (распределение Гаусса). Флуктуации в идеальном газе.
6. Физическая кинетика. Диффузия. Законы Фика. Диффузия в разреженном газе. Механизмы диффузии в газах, жидкостях, твердых телах. Вязкость. Закон Ньютона. Вязкость
разреженного газа. Механизмы внутреннего трения (вязкости) в газах, жидкостях, твердых
телах. Сверхтекучесть. Теплопроводность. Закон Фурье. Теплопроводность разреженного
газа. Механизмы теплопроводности в газах, жидкостях, твердых телах. Электропроводность. Длина свободного пробега. Формула Друде - Лоренца.
ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА
1. Зонная теория твердых тел. Энергетические зоны в твердых телах. Металлы, диэлек-
трики и полупроводники. Квантовая теория свободных электронов в металле. Распределение Ферми - Дирака. Динамика электрона в кристалле.
2. Кристаллы. Строение кристаллов. Обозначение плоскостей, направлений и узлов в
кристалле. Методы определения кристаллической структуры. Тепловые колебания атомов
в кристаллах. Теплоемкость кристалла. Теплопроводность кристаллов.
3. Точечные дефекты. Типы точечных дефектов. Искажение решетки вокруг точечных
дефектов. Термодинамика точечных дефектов. Миграция точечных дефектов. Источники и
стоки точечных дефектов. Комплексы точечных дефектов. Поведение вакансий при закалке
и отжиге. Методы определения концентрации вакансий, энергии их образования и миграции.
4. Основные типы дислокаций и их движение. Краевая дислокация. Скольжение краевой дислокации. Переползание краевой дислокации. Винтовая дислокация. Скольжение
винтовой дислокации. Смешанные дислокации и их движение. Вектор Бюргерса. Подразделение дислокаций на полные и частичные. Энергетический критерий дислокационных
реакций. Плотнейшие упаковки и дефекты упаковки.
5. Границы зерен и субзерен. Малоугловые границы. Высокоугловые границы. Специальные границы зерен и границы общего типа. Энергия границ.
6. Торможение дислокаций. Сила Пайерлса. Торможение дислокаций при их упругом
взаимодействии и пересечении с другими дислокациями. Торможение дислокаций границами зерен и субзерен. Торможение дислокаций дисперсными частицами. Выгибание
дислокаций между дисперсными частицами. Локальное поперечное скольжение. Перерезание дислокациями дисперсных частиц. Торможение дислокаций атомами примесей и
легирующих элементов. Торможение дислокаций в твердых растворах.
7. Деформация металлических кристаллов. Кристаллографическая природа пластической деформации. Геометрия скольжения. Критическое напряжение сдвига. Кривые напряжение - деформация. Стадии деформации гранецентрированных кубических кристаллов.
8. Нанофизика твердого тела. Структура металлических наноматериалов. Размерные эффекты. Зерна, слои, включения, поры. Особенности дефектной структуры наноматериалов.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Савельев И.В. Курс общей физики, в пяти книгах. - М.: Изд-во «Астрель-АСТ», 2005
г.
2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики,. - 2003 г.
3. Калашников Н.П., Смондырев М.А. Основы физики, в 2-х томах. - М.: Изд-во
«Дрофа», 2004 г.
4. Валишев М.Г., Повзнер А.А. Курс общей физики. – Санкт-Петербург, Москва,
Краснодар: Изд-во «Лань», 2010 г.
5. Лахтин Ю.М. Материаловедение. 3-е издание. - М.: Машиностроение, 1990 г.
6. Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов:
учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 2004 г.