Постулаты специальной теории относительности. Понятие события. Преобразования Лоренца и требования релятивистской инвариантности. Релятивистский закон сложения скоростей. Относительность одновременности. Релятивистские изменения интервала времени и интервала длины. Импульс и энергия релятивистской частицы. Взаимосвязь энергии, импульса и массы. Энергия покоя. Основной закон релятивистской динамики материальной частицы.
Основы молекулярной физики и термодинамики
Статистический и термодинамический методы исследования. Макроскопическое состояние. Макроскопические параметры как средние значения. Термодинамические системы и параметры. Тепловое равновесие. Термодинамический процесс. Равновесные и неравновесные процессы.
Молекулярно-кинетическая теория газов
Идеальный газ. Законы идеального газа. Смесь идеальных газов. Закон Дальтона. Уравнение Менделеева-Клапейрона. Давление газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул. Молекулярно-кинетический смысл температуры.
Микроскопические параметры. Вероятность флуктуации. Понятие функции распределения случайной величины. Функция распределения Максвелла молекул идеального газа по скоростям и энергиям теплового движения. Характерные скорости теплового движения молекул газа. Барометрическая формула. Распределение Больцмана молекул идеального газа по координатам во внешнем потенциальном поле.
Явления переноса в термодинамически неравновесных системах
Понятие о физической кинетике. Среднее число столкновений и средняя длина пробега молекул. Время релаксации. Явления переноса. Опытные законы теплопроводности, диффузии и внутреннего трения (вязкости) и их объяснение с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Понятие вакуума.
Термодинамика
Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. Границы применимости закона о равномерном распределении энергии и понятие о квантовании энергии вращения и колебания молекул. Внутренняя энергия идеального газа. Работа газа при изменении объема. Количество теплоты. Теплоемкость. Уравнение Майера. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Адиабатный процесс. Понятие политропного процесса.
Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс. Энтропия. Энтропия идеального газа. Статистическое толкование энтропии. Принцип возрастания энтропии. Второе начало термодинамики. Теорема Нернста. Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно. Максимальный коэффициент полезного действия тепловой машины.
Реальные газы
Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. Реальные газы. Эффективный диаметр молекулы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние и параметры критического состояния. Давление насыщенного пара. Метастабильные состояния. Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля-Томсона для реального газа. Понятие энтальпии. Температура инверсии. Сжижение газов.
Жидкости
Строение и свойства жидкостей. Поверхностное натяжение. Поверхностно-активные вещества. Смачивание. Давление под изогнутой поверхностью жидкости. Формула Лапласа. Капиллярные явления. Мениск. Формула для высоты подъема жидкости в капилляре.
Кристаллическое состояние
Твердые тела. Строение кристаллов. Моно- и поликристаллы. Типы кристаллических решеток. Ионные, атомные, металлические и молекулярные кристаллы. Дефекты кристаллической решетки: вакансии, примеси внедрения, примеси замещения. Краевые и винтовые дислокации. Закон Дюлонга-Пти теплоемкости твердых тел и границы его применимости. Жидкие кристаллы.
Фазовые переходы
Фазы состояния вещества. Условия равновесия фаз. Фазовые переходы первого рода. Диаграммы состояний. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Критическая точка. Трехфазная система «твердое тело – жидкость – газ». Тройная точка. Фазовые переходы второго рода. Сверхтекучесть жидкого гелия.
