Квантовая механика.

1.Классические и квантовые законы движения электронов. Корпускулярно-волновой дуализм.

2.Гипотеза де Бройля. Волны де Бройля Экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля. Опыты Дэвиссона и Джермера. Дифракция электронов. Опыты Томсона и Тартаковского.

3.Соотношение неопределенностей Гейзенберга.

4.Квантовые состояния. Задание состояния микрочастиц. Интерпретация и свойства ψ-функции, ее статистический смысл. Трактовка Борна. Суперпозиция состояний.

5.Основное уравнение нерелятивистской квантовой теории - уравнение Шредингера.

6.Стационарное уравнение Шредингера.

6.Физические величины и операторы в квантовой механике. (IV).Стационарное состояние уравнения Шредингера. Описание движения свободной частицы.

7.Задачи квантовой механики:

• решение уравнения Шредингера для микрочастицы в одномерной прямоугольной потенциальной яме с бесконечно высокими стенками;

• решение уравнения Шредингера для микрочастицы в трехмерной прямоугольной потенциальной яме с бесконечно высокими стенками (I);

• решение уравнения Шредингера для микрочастицы, движущейся под одномерным прямоугольным потенциальным барьером конечной глубины; туннельный эффект;

• решение уравнения Шредингера для квантового гармонического осциллятора;

• решение уравнения Шредингера для микрочастицы при падении на прямоугольный потенциальный барьер (надбарьерное прохождение) (III).

Физика атомов и молекул.

1.Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома. Модель атома Резерфорда-Бора. (IV).

2.Атом водорода в квантовой механике. Квантование атома водорода. Решение уравнения Шредингера для электрона в центрально-симметричном поле (водородоподобного атома). Квантовые числа. Символы состояний. Кратность вырождения. Квантование момента импульса и его проекции на направление магнитного поля для электрона в атоме.

3.Опыт Штерна и Герлаха. Спин электрона. Полный момент импульса электрона. Правила отбора Хунда. Магнетон Бора. (II, IV).

4.Спектр атома водорода. Спектральные линии. Серийная структура спектра. Формула Бальмера. Конфигурация электронных состояний атома водорода. Мезоатомы. (I).

5.Многоэлектронные атомы. Принцип Паули заполнения электронных оболочек. Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева.

6.Влияние спина электрона на атомные спектры. Спин-орбитальное взаимодействие. Спектры многоэлектронных атомов. (IV).

7.Оптические и рентгеновские спектры атомов. Закон Мозли (II, III, IV).

8.Электронный парамагнитный резонанс (IV).

9.Химическая связь. Молекулы. Виды связей. Молекулярные энергетические уровни и спектры. Электронная, колебательная и вращательная энергии молекулы.

10.Комбинационное рассеяние света. Опыты Г.С.Ландсберга, Л.И.Мандельштама. Эффекты Рамана и Кришнана. (IV).

11.Спонтанное и вынужденное излучения. Инверсная населенность. Лазеры, мазеры, их применение. Принцип электронного микроскопа.

Ядерная физика.

1.Состав и характеристики атомного ядра. Модели ядра (капельная и оболочечная). Нейтронно-позитронная модель строения ядра В.Гейзенберга и Д.Д.Иваненко. Масса, дефект массы и энергия связи ядра.

2.Ядерные силы. Механизм взаимодействия нуклонов.

3.Радиоактивные превращения ядер. α-, β- распады и γ- излучение, их свойства и закономерности. Изотопы. Основной закон радиоактивного распада.

4.Резонансное поглощение γ- излучения. Эффект Мессбауэра.

5.Ядерные реакции. Типы ядерных реакций. Выход ядерной реакции. Порог и эффективное сечение реакции. Законы сохранения при ядерных реакциях.

6.Открытие нейтрона. Спин нейтрона (IV). Ядерные реакции на нейтронах. Реакция деления. Цепная ядерная реакция. Деление тяжелых ядер. Реакции термоядерного синтеза. Управляемый термоядерный синтез. Использование ядерной энергии. Ядерные реакторы. Типы ядерных реакторов.(I, II, III, IV).

Физика элементарных частиц.

1.Понятие элементарной частицы. Систематика частиц. Бозоны, фермионы. Три больших класса частиц: фотоны, лептоны, адроны. Частицы и античастицы.

2.Взаимпопревращения частиц. Законы сохранения в микромире при превращениях частиц. Характеристики частиц.

3.Кварки. Кварковая модель адронов.

Физика макросистем.

Статистическая физика. Термодинамика.

1.Современная структура физики макросистем. Термодинамический и статистический методы описания макросистем. Элементы молекулярно-кинетической теории. Термодинамические параметры и системы. Макросостояния. Статистический ансамбль. Макропроцессы. Квазистатические процессы.

2.Термодинамика идеального газа. Модель идеального газа. Изопроцессы и законы идеальных газов. Объединенный газовый закон (уравнение Клапейрона). Уравнение состояния идеального газа (Менделеева-Клапейрона). Температура- мера хаотического движения.

3.Уравнение состояния смеси идеальных газов (закон Дальтона). Парциальное давление.

4.Вывод уравнения Клаузиуса - основного уравнения молекулярно-кинетической теории идеальных газов. Число степеней свободы молекулы. Средняя энергия молекул. Внутренняя энергия идеального газа. Средняя квадратическая скорость. Теорема о равном распределении энергии по степеням свободы молекул.

5.Статистическая физика. Предмет, закономерности. Вероятность. Условие нормировки. Дискретная случайная величина. Непрерывная случайная величина (III). Функция распределения. Среднее значение случайной величины и средняя флуктуация. Микросостояния макросистемы. Статистическое описание микросостояний макросистемы. Зависимость вероятности от энергии и температуры молекул.

6.Эргодическая гипотеза. Микроканоническое распределение. Энтропия в статистической по физике. Температура и химический потенциал в статистической физике. Каноническое распределение Гиббса (вывод) (III). Квазиклассическая форма распределения Гиббса. Фазовое пространство. Большое каноническое распределение.

6. Газ в поле сил тяжести. Распределение Больцмана для идеального газа по энергиям во внешнем потенциальном поле. Экспериментальная проверка распределения Больцмана. Определение постоянной Авогадро. Барометрическая формула Лапласа (распределение по концентрациям и давлениям по высоте в поле тяготения).

7.Квантовые газы. Бозоны и фермионы. Квантовые статистики. Квантовая статистика Ферми-Дирака для электронов в металлах и Бозе-Эйнштейна для фотонного газа. Энтропия идеального Ферми-газа. Принцип Нернста. Сверхтекучесть.

8.Распределение Максвелла для молекул по скоростям. Распределение Максвелла-Больцмана. Наиболее вероятная, средняя квадратическая и средняя арифметическая скорость. Опытная проверка распределения Максвелла.

9.Физическая кинетика. Неравновесные состояния газа. Явления переноса. Среднее число столкновений, эффективный диаметр, средняя длина свободного пробега молекул. Элементы молекулярно-кинетической теории явлений переноса.

10.Диффузия. Уравнение Фика в интегральной и дифференциальной формах (вывод (III). Внутреннее трение (вязкость). Уравнение Ньютона в интегральной форме (вывод (III). Теплопроводность. Уравнение Фурье в интегральной и дифференциальной форме (вывод (III). Связь между коэффициентами переноса.

11.Равновесная термодинамика. Неравномерность и релаксация. Квазиравномерные и квазиобратимые процессы. Внутренняя энергия как функция состояния термодинамической системы.

12.Аксиоматика термодинамики. Работа, теплота и теплоемкость идеальных газов. Первое начало термодинамики. Вечный двигатель первого рода.

13.Адиабатический и политропический процессы. Уравнение Пуассона. Работа и теплоемкость идеального газа при изотермическом, изохорическом, изобарическом и адиабатическом процессах. Уравнение Майера.

14.Замкнутые (круговые) процессы. Тепловая машина. Вечный двигатель второго рода. Холодильная машина. Направленность термодинамических процессов. Цикл Карно. КПД тепловых машин. Второе начало термодинамики. Эмпирические формулировки начала.

15.Приведенное количество теплоты. Теорема Карно и теорема Клаузиуса.

16.Энтропия как функция состояния системы. Статистический смысл энтропии. Энтропия идеального газа. Свойства энтропии. Закон возрастания энтропии. Теорема Нернста-Планка – третье начало термодинамики. Энтропия и вероятность. Формула Больцмана.

17.Термодинамические потенциалы: внутренняя энергия (изохорно-адиабатический потенциал); энтальпия (теплосодержание, изобарно-адиабатический потенциал); свободная энергия Гельмгольца (изохорно-изотермический потенциал); термодинамический потенциал Гиббса (изобарно-изотермический потенциал). Химический потенциал равновесного теплового излучения.

18.Получение информации о свойствах тел с помощью термодинамических функций. Соотношения Максвелла. Уравнение Гиббса-Гельмгольца. Вариационные принципы термодинамики.

19.Реальные газы. Потенциал парного взаимодействия Леннарда-Джонса. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса и Эндрюса. Эффект Джоуля-Томсона. Критическое состояние. Критические параметры реального газа. Метастабильные состояния. Внутренняя энергия реального газа.

20.Фазовые равновесия и фазовые превращения. Фазы и фазовые переходы первого и второго рода. Испарение и конденсация. Плавление и кристаллизация. Условия фазового равновесия. Тройная точка. Диаграмма состояния. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.

21.Основы термодинамики неравновесных процессов. Кинетические потоки. Уравнение баланса для энтропии. Теорема Онзагера. Неравномерность и упорядоченность. Термодинамические системы вдали от равновесия. Понятие о синергетике.