Круг описываемых явлений. Классификация явлений. Механика и молекулярная физика: предмет и способы изучения. Статистический и термодинамический подходы к изучению макросистем.

1. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Масштаб величин: размеры, масса, промежутки, концентрация молекул. Тепловое движение. Тепловое равновесие. Модель идеального газа. Давление. Измерение давления. Кинетическая температура. Абсолютная шкала температур. Другие шкалы. Термометры. Скорости молекул.Закон Дальтона. Длина свободного пробега. Частота столкновений. Броуновское движение.

2. Внутренняя энергия. Энергия идеального газа. Степени свободы. Равнораспределение энергии по степеням свободы. Затруднения классической физики.

3. Статистические распределения. Понятие о распределении. Связь с вероятностью обнаружения. Барометрическая формула. Больцмановское распределение частиц (пространственное распределение). Максвелловское распределение частиц: по проекциям скоростей, по величинам скоростей, по тепловым энергиям.Понятие о законе Гиббса. Приложение к химическим реакциям. Экспериментальные методы нахождения распределения.

4. Взаимодействие молекул. Потенциальные и силовые кривые. Тепловое расширение твердых и жидких тел. Модель газа Ван-дер-Ваальса.

5. Явления переноса. Перенос тепла: теплопроводность, конвекция, излучение.Понятие о диффузии и вязкости.

1. Тепловое взаимодействие. Термодинамическое равновесие и термодинамические процессы. Механическое и тепловое взаимодействие. Теплота.Термодинамическая температура.

2. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы. Работа газа.

3. Первое начало термодинамики. Классические опыты. Функции состояния и функции процесса. Анализ изопроцессов. Адиабатический процесс. Расширение газа в пустоту.

4. Теплоемкость. Зависимость от вида процесса. Теплоемкость газов. Соотношение Майера. Политропический процесс. Затруднения классической теории.

5. Второе начало термодинамики. Энтропия: макро- и микротолкование, связь с вероятностью макросостояния. Второе начало. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия как количественная характеристика необратимости процесса. Закон неубывания энтропии в изолированной системе. Следствия: формулировки Клаузиуса и Томсона. Вероятность и упорядоченность. Энтропия и стрела времени. (Теорема Нернста).

6. Теорема Карно. Тепловые машины. Коэффициент полезного действия. Цикл Карно. Теорема Карно. Вывод к.п.д. цикла Карно. Идея абсолютной шкалы температур. Холодильная машина. (Третье начало термодинамики.)

1. Классификация. Фазовые переходы с молекулярно-кинетической точки зрения. Роль составляющих энергии молекулы.

2. Фазовые диаграммы. Критическое состояние. Метастабильные состояния. Камера Вильсона. Газ Ван-дер-Ваальса. Тройная точка.

3. Испарение тел. Насыщенный пар. Влажность. Кипение. Тепловой баланс.

1. Особые условия на поверхности. Коэффициент поверхностного натяжения. Поверхностная энергия. Конкуренция поверхностного натяжения и гравитации. Модельная оценка поверхностного натяжения воды.

2. Пленки. Другое определение к.п.н. Опыты с пленками. Опыт Плато.

3. (Поверхностно-активные вещества.) Смачивание. Краевой угол. Лапласово давление. Кипение. Пузырьковая камера.

4. Капиллярный подъем жидкости.

Кристаллы. Механические свойства твердых тел. Закон Гука. Строение жидкостей.

Содержание программы. Электромагнетизм

1. Круг описываемых явлений. Роль электромагнитного взаимодействия. Круг описываемых явлений. Предмет изучения и классификация явлений.

2. Заряд и поле. Электрический заряд. Электрическое поле. Магнитное поле. Напряженность поля. Обобщенная сила Лоренца. Относительность электрического и магнитного полей. Принцип суперпозиции.

3. Уравнения поля. Векторные и скалярные поля. Силовые линии. Характеристики векторных полей: поток и циркуляция. Уравнения Максвелла. Качественный анализ уравнений.

4. Закон Кулона. Следствия из уравнений Максвелла: поле точечного заряда, закон Кулона. Опытные обоснования закона Кулона.

1. Основные уравнения электростатики. Закон Гаусса. Потенциальность поля. Скалярный потенциал. Связь потенциала и напряженности поля. Кулоновская потенциальная энергия. Работа сил электрического поля. Потенциал поля точечного заряда. Суперпозиция потенциалов. Силовые линии и эквипотенциальные поверхности. Неустойчивость электростатических систем (теорема Ирншоу).

2. Поля и потенциалы систем, обладающих симметрией: заряженной сферы, однородного шара, прямой, плоскости, пары плоскостей.

3. Единицы электрических величин. Системы СИ, СГС.

4. Проводники в электростатическом поле. Свободные носители. Ограничение поверхностью тела. Работа выхода. Электростатическая индукция. Поле и заряды внутри и на поверхности проводника. Заземление. Экранировка.

5. Электроемкость. Емкость конденсатора. Емкость проводника. Плоский конденсатор. Соединения конденсаторов. Сферический конденсатор.

6. Энергия зарядов и полей. Энергия конденсатора. Энергия электрического поля. Энергия системы зарядов. Собственная и полная энергия.

(7. Метод изображений.)

(8. Поле диполя. Дипольное приближение.)

9. Диэлектрики. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектрика. Виды поляризаций. Поле при наличии диэлектрика. Поляризуемость. Диэлектрическая проницаемость.

1. Круг описываемых явлений.

2. Основные уравнения магнитостатики. Относительность электрического и магнитного полей.

3. Взамодействие проводов с токами. Опыт Эрстеда.

4. Силовая характеристика магнитного поля. Выбор напрвления. Сила Лоренца и сила Ампера. Системы единиц СИ и СГСМ. Соотношение сил Лоренца и Кулона.

5. Магнитные поля систем, обладающих симметрией: прямого провода с током, элемента тока (закон Био-Савара). Сила взаимодействия проводов с током, введение 1 А. Поле витка с током. Магнитный момент витка и циркулирующего заряда. Поле соленоида.

6. Заряженная частица в магнитном поле. Циклотрон. Скрещенные поля. Эффект Холла.

7. Рамка с током в магнитном поле. Электродвигатель.

8. Энергия магнитного поля.

1. Предмет изучения. Опытные факты. Сила тока. Плотность тока.

2. Классическая теория электропроводности. Закон Ома в локальной формулировке. Масштабы величин. Границы применимости. Возможные области нарушения. Опыт Толмена-Стюарта.

3. Закон Ома в интегральной форме. Сопротивление. Э.д.с. Сторонние силы. Цепь при наличии источника тока. Проводимость жидкости. Законы Фарадея. Гальванический элемент. Виды вольт-амперных характеристик. Соединение сопротивлений. Соединения источников тока. Ход потенциала в неоднородной цепи. Контактная разность потенциалов.

4. Электрическое сопротивление как квантовое явление.

(5. Закон Ома и анизотропия веществ.)

6. Работа в цепи электрического тока. Вывод закона Джоуля-Ленца в локальной формулировке из закона Ома. Вывод закона Ома в интегральной форме из энергетических соображений. Масштабы величин. Зарядка аккумулятора.

7. Методы расчета цепей постоянного тока: расчет эквивалентных сопротивлений, правила Кирхгофа, метод узловых потенциалов. Цепи с конденсаторами. Цепи с переключением. Цепи с заданной вольт-амперной характеристикой. Делитель напряжения и потенциометр.

(8. Сверхпроводимость.)

9. Токи в различных средах. Токи в вакууме. Диод. Триод.Токи в газах.

Литература

По молекулярной физике:

1. Кирьянов и Коршунов. Термодинамика м молекулярная физика.
2. Ландау, Ахиезер, Лифшиц. Механика и молекулярная физика.
3. Бутиков и др. Пособие по физике для поступающих в вуз.
4. Кл. Суорц. Необыкновенная физика обыкновенных явлений, том 1.
5. Савельев. Курс общей физики, том 1.
6. Астахов. Курс физики, том 1.
7. Яворский и Пинский. Основы физики, том 1.
8. Д. В. Сивухин. Общий курс физики, том 2.
9. Я. А. Смородинский. Температура. (библиотечка "Квант")
10. Г. И. Мякишев и А. З. Синяков. Молекулярная физика. Термодинамика. Углубленный курс.

По электромагнетизму:

1. Савельев, том 2.
2. А. В. Астахов, Ю. М. Широков. Курс физики, том 2.
3. Фейнмановские Лекции по физике, выпуск 5
4. Суорц, том 1.
5. Е. И. Бутиков и др. Пособие для поступающих
6. А. А. Боровой и др. Законы электромагнетизма. (библиотечка ФМШ)
7. Сивухин, том 3.
8. Г. Е. Зильберман. Электричество и магнетизм.
9. Л. В. Тарасов и Тарасова. Вопросы и задачи по физике.
10. Г. И. Мякишев и А. З. Синяков. Электродинамика. Углубленный курс.

Задачники:

Савченко, Бендриков, Буздин, Меледин, Гольдфарб, Шаскольская, Козел, журнал «Квант».

Программа опробована в ФТШ в 1991/92 и в 1997/98 учебных годах.

Составитель: М. Г. Иванов.