КАФЕДРА теоретической физики.

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ.
Утверждаю
Декан физического факультета
Кузнецов В.М.
«
»
200 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«ФИЗИЧЕСКАЯ
КИНЕТИКА»
Рекомендовано
методической комиссией
физического факультета
председатель методической
комиссии
________________________
«
»____________ 200 г.
Томск – 2005 г.
Программа обсуждена и на заседании кафедры теоретической физики
________________________
(дата)
Заведующий кафедрой Шаповалов Александр Васильевич
I. Oрганизационно-методический раздел
1. Цель курса.
Программа предназначена для магистрантов физического факультета
2. Задачи учебного курса
После изучения курса магистрант должен:
 иметь целостное представление об особенностях поведения макроскопических
систем, а также причинах, побуждающих замкнутую макроскопическую систему
релаксировать к равновесному состоянию.
 овладеть
методами получения уравнений, описывающих эволюцию
макроскопических систем на кинетическом и газодинамическом
этапах
релаксации.
3. Требования к уровню освоения курса
Требования к разделам программы определяются государственным образовательным
стандартом высшего профессионального образования к уровню подготовки выпускника
по специальности 010400-физика, 010600 – физика конденсированного состояния .
Курс рассчитан на два семестра.
II. Содержание курса
Большинство существующих в природе физических объектов относится к разряду
макроскопических, ибо они состоят из огромного числа частиц. Точное описание
физических процессов, происходящих в таких системах, практически невозможно.
Однако, как показывает опыт, оно и не требуется. Для каждой макроскопической системы
можно ввести сравнительно небольшое число так называемых макроскопических величин
(т.е. физических величин, усредненных по некоторому пространственному и временному
интервалам), которые могут быть измерены экспериментально и оказываются вполне
достаточными для прогнозирования поведения таких систем. Математический аппарат
«физической кинетики» позволяет вычислять так называемые «фазовые средние»
физических величин. Согласно эргодической гипотезе эти величины совпадают с
соответствующими макроскопическими характеристиками. Как показывает опыт, это
предположение вполне оправдывает себя. В частности, в рамках «физической кинетики»
находят своё обоснование (на основе точных уравнений механики, классических и
квантовых) уравнения газовой динамики, которые были получены ранее эмпирически.
Следует заметить, что методы описания макроскопических систем существенно зависят
от характера взаимодействия, которые имеют место между частицами системы. В
нерелятивистском случае выделяют два разных случая: системы частиц с
короткодействующим и дальнодействующим потенциалами взаимодействия. Методы
исследования таких систем различаются. В предлагаемом курсе эти подходы (и в
классическом, и в квантовом описании) демонстрируются соответственно на примерах
задач о разреженном газе и разреженной плазме. Особенности построения теории при
наличии в системе излучения иллюстрируются на примере системы, состоящей из атомов
и поля.
Требования к разделам программы определяются государственным образовательным
стандартам высшего профессионального образования к уровню подготовки выпускников
по специальностям физика, физика твердого тела.
1. Темы и краткое содержание
Раздел 1. Классическая статистика.
1)
2)
3)
4)
5)
6)
1)
2)
3)
Тема I. Основные методы исследования макроскопических систем.
О предмете исследования физической кинетики. Проблема описания большого числа
частиц. Переход к неполному описанию макроскопических систем.
Уравнения движения частиц. Функции динамических переменных. Локальные
функции динамических переменных..
Микроскопическая фазовая плотность. Микроскопические уравнения переноса.
Фазовое пространство. Функция распределения. Фазовые средние. Уравнение и
теорема Лиувилля. Интенсивные и экстенсивные величины. Термодинамический
предел. Принцип макроскопической эквивалентности.
S-частичная функция распределения. Корреляционные функции. Цепочка уравнений
Боголюбова.
Уравнение для одночастичной функции распределения в методе микроскопической
фазовой плотности.
Тема II. Кинетическая теория разреженного газа.
Иерархия временных и пространственных масштабов. Принцип полного ослабления
начальных корреляций. Интеграл столкновений Боголюбова. Переход к интегралу
столкновений Больцмана.
.Свойства интеграла столкновений Больцмана. Функция распределения Максвелла. Нтеорема Больцмана. Необратимый характер эволюции макроскопических систем.
Статистическое обоснование уравнений газовой динамики. Уравнения газовой
динамики в нулевом приближении по газодинамическому параметру (уравнения
переноса для идеального газа). Уравнения газовой динамики в первом приближении по
газодинамическому параметру (тринадцатимоментное приближение).
Тема III. Кинетическая теория полностью ионизованной разреженной кулоновской
плазмы.
1) Микроскопические уравнения для заряженных частиц и поля.
2) Параметры разреженной плазмы. Приближение вторых корреляционных функций
(поляризационное приближение)
3) Интеграл столкновений Балеску-Ленарда. Эффективный потенциал. Интеграл
столкновений Ландау. Свойства интегралов столкновений для разреженной плазмы.
4) Приближение бесстолкновительной плазмы. Затухание Ландау.
Раздел II Квантовая статистика.
Тема I Основные принципы квантовой статистики.
1) Матрица плотности. Уравнение фон Неймана. Квантовая функция распределения
(функция Вигнера). Квазиклассический предел. Частичные функции Вигнера. Цепочка
уравнений для частичных функций Вигнера.
Тема II Квантовая кинетическая теория разреженного газа.
1) Квантовый интеграл столкновений Больцмана. Учет обменных эффектов.
Тема III. Квантовая кинетическая теория разреженной кулоновской плазмы.
1) Оператор фазовой плотности. Параметры разреженной плазмы. Поляризационное
приближение. Спектральные плотности для мелкомасштабных флуктуаций плотности
полностью ионизованной кулоновской плазмы. Спектр флуктуаций. Динамическая
диэлектрическая проницаемость. Интеграл столкновений для полностью ионизованной
плазмы. Эффективный потенциал. Квантовый интеграл столкновений Ландау.
2) Частично ионизованная плазма. Структура интегралов столкновений частично
ионизованной плазмы.
Примерная тематика рефератов, курсовых работ
III. Распределение часов курса по темам и видам работ
№ пп
Наименова- Всего
ние
тем часов
Аудиторные занятия (час)
Самостоятельная
работа
в том числе
лекции семинары лабораторные
занятия
ИТОГО
IV. Форма итогового контроля
Текущий контроль изучения курса студентами осуществляется по итогам
выполнения индивидуальных, контрольных заданий, результатам аудиторной работы
студента.
Итоговым контролем является семестровый зачет. Зачет проставляется по
результатам текущего контроля, при условии сдачи индивидуальных заданий,
контрольных работ, аудиторного текущего контроля.
Результаты текущего контроля оцениваются по пятибалльной шкале (в случае
экзамена по курсу) или в форме зачета в соответствии с прилагаемым контрольным
листом.
Рубежный контроль по данному курсу не предусмотрен.
V. Учебно-методическое обеспечение курса
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
1. Рекомендуемая литература (основная)
Климонтович Ю.Л. Статистическая физика,
Климонтович Ю.Л. Кинетическая теория электромагнитных процессов. Наука, 1980.
Ахиезер А.И., Пелетминский С.В. Методы статистической физики. Наука, 1977.
Балеску Р, Равновесная и неравновесная статистическая механика. Т.1, Мир, 1978.
Балеску Р. Равновесная и неравновесная статистическая механика. Т. 2, Мир, 1978.
Фейнман Статистическая механика. Мир, 1978.
Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Физическая кинетика. 1979.
2. Рекомендуемая литература (дополнительная)
Авторы Чуприков Н.Л.