СПЕЦИАЛЬНЫЕ ГЛАВЫ ФИЗИКИ
Статистическая физика
РАВНОВЕСНЫХ КЛАССИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Лектор–д.т.н., профессоркафедры ПП и МЭ
Краснопевцев Евгений Александрович
Основная тема курса
СТАТИСТИЧЕСКИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
Идеальный газ образуют:
разреженные газы атомов и молекул;
валентные электроны металла;
электроны и дырки полупроводника;
фононы – кванты упругих волн теплового движения узлов кристалла;
фотоны – кванты электромагнитных волн теплового излучения в полости.
Статистическое распределение показывает – какая часть хаотически движущихся частиц газа имеет определенные свойства. Распределение зависит от состояния газа как целого. Распределение получается с помощью законов статистической физики, используется математический аппарат теории вероятностей.
Практическая значимость курса
Формирует фундаментальные знания, необходимые для построения моделей физических явлений и процессов, описывающих работу приборов и устройств микро- и наноэлектроники.
Способствует усвоению материала последующих дисциплин:
квантовая статистическая физика,
физика твердого тела,
физика полупроводников,
физика конденсированного состояния.
Основные разделы курса
1. Основы теории вероятностей.
2. Статистические дискретные распределения:
биномиальное,
Пуассона,
Гаусса.
3. Фазовое пространство состояний системы микрочастиц.
4. Статистические непрерывные распределения:
микроканоническое,
каноническое,
распределение энергии по степеням свободы,
Максвелла,
Больцмана,
большое каноническое.
5. Химический потенциал и активность газа.
Литература
1. Файлы лекций.
2. Учебное пособие для практических занятий:
Краснопевцев Е.А. Спецглавы физики. Статистическая физика равновесных систем. Изд-во НГТУ, 2014 г. – 387 с. (Серия «Учебники НГТУ»)
К 782
3. Дополнительная литература приведена в конце учебного пособия.
КОНТРОЛЬНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ
Индивидуальные задания 1 и 2 выдаются на 7 и 13 неделе.
Коллоквиум в конце семестра.
Зачет.
Вопросы коллоквиума
1. Фазовое пространство для идеального газа. Микросостояние и макросостояние. Фазовый ансамбль. Число степеней свободы. Число микросостояний. Плотность микросостояний фазового ансамбля. Теорема Лиувилля.
2. Каноническое распределение. Условие применимости. Статистический интеграл. Свободная энергия. Применение к идеальному газу. Статистический интеграл поступательного движения частицы.
3. Распределение энергии частицы по степеням свободы для гамильтониана со степенными зависимостями. Неустранимая погрешность измерительного прибора с упругой силой.
4. Распределение Максвелла по модулю скорости и по энергии для концентрации частиц газа при температуре Т. Наиболее вероятные и средние значения.
5. Распределение Больцмана по координате для числа частиц газа при температуре Т во внешнем поле с потенциальной энергией 
. Формула Больцмана для концентрации частиц в однородном поле тяжести.
6. Термодинамические потенциалы. Внутренняя энергия. Химический и электрохимический потенциалы. Условия равновесия системы. Химический потенциал и статистический интеграл. Зависимости химического потенциала.
