Предисловие. 
Статистическая физика и термодинамика

Статистическая физика и термодинамика — это тот раздел теоретической физики, который занимается изучением макроскопических систем, т. е. систем, состоящих из очень большого числа частиц. Существуют два метода исследования таких систем — термодинамический и статистический. Основная задача термодинамического метода — нахождение связей между непосредственно измеряемыми величинами. Эти связи устанавливаются из наблюдений над макроскопическими системами. Поскольку он не требует никаких модельных представлений о строении вещества, то и полученные с его помощью результаты имеют достаточно общий характер. В этом заключается одно из главных достоинств термодинамики.

Другое ее достоинство связано с тем, что основу термодинамики составляют три основных закона (три начала термодинамики), из которых все остальные соотношения получаются с помощью достаточно простых формальных математических преобразований. Обладая относительной простотой, термодинамический метод позволяет найти решения целого ряда конкретных задач.

Статистический же метод изучения свойств макроскопических тел с самого начала базируется на модельных атомно-молекулярных представлениях и основную задачу статистической физики можно сформулировать так: зная законы поведения частиц, из которых построена система, установить законы поведения системы в целом. Поэтому этот метод позволяет вскрыть внутренний механизм явлений и, тем самым, дать обоснование законов термодинамики и указать границы их применимости. Кроме того, статистический метод позволяет решать и задачи, неразрешимые в рамках термодинамики. Методами статистической физики можно изучать любые системы, состоящие из достаточно большого числа частиц: газы, жидкости, твердые тела.

В предлагаемом вниманию читателя учебном пособии рассматриваются основные положения и методы статистической физики и термодинамики, которые иллюстрируются достаточно большим количеством примеров решения задач и задач для самостоятельного решения.

В результате освоения дисциплины студент должен:

знать

• • основные положения статистической физики;
• • способы решения задач с использованием понятия фазового пространства;
• • законы термодинамики;
• • каноническое распределение Гиббса и границы его применимости;
• • методы количественного описания свойств идеальных и реальных газов;
• • условия равновесия фаз;
• • правило фаз Гиббса;
• • статистики Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна;
• • критерий вырождения;
• • общие свойства газов, состоящих из бозонов и фермионов;
• • элементы теории флуктуаций;
• • основные положения кинетики;

уметь

• • проводить анализ движения систем в фазовом пространстве;
• • применять законы термодинамики для количественного описания термодинамических систем и процессов;
• • получать термодинамические соотношения из распределения Гиббса;
• • выводить уравнение Клапейрона-Клаузиуса;
• • применять квантовые статистики для описания свойств газов, состоящих из бозонов и фермионов;
• • находить флуктуации основных термодинамических величин;
• • находить условия устойчивого состояния;
• • решать задачи теории флуктуаций;
• • количественно описывать броуновское движение;

владеть

• • навыками качественного анализа поведения и свойств макроскопических систем;
• • навыками решения задач с использованием законов термодинамики;
• • навыками использования распределения Гиббса для решения задач;
• • методами описания состояний идеальных и реальных газов;
• • методами описания фазовых переходов первого и второго рода;
• • методами теории флуктуаций;
• • навыками количественного анализа неравновесных состояний макроскопических систем.