Молекулярная физика.

М.: Высшая школа, 1981.—400 с.

Книга представляет собой второй том курса общей
физики. Первый том «Механика и теория относительности» вышел в 1976 г.

В книге с использованием математического аппарата,
доступного студентам первых курсов вузов, дается изложение всех основных
фундаментальных понятий и закономерностей статистической физики на примере
молекулярных систем. В главе об электронном и фотонном газах анализируется
физическое содержание различных статистик. При рассмотрении свойств газов,
жидкостей и твердых тел применяются статистический и термодинамический методы,
как взаимно дополняющие друг друга. В заключительной главе даются основные
сведения о термодинамике необратимых процессов.

Предназначается для физических факультетов вузов и
университетов.

                ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 7 1. Статический метод.
§ 1. Методы рассмотрения систем многих частиц 11
Границы применимости модели материальной точки и абсолютно твердого тела. Модель материального тела. Массы атомов и молекул. Количество вещества. Агрегатные состояния вещества. Основные признаки агрегатных состояний. Модель идеального газа. Динамический метод. Статистический метод. Термодинамический метод
§ 2. Математические понятия 18
Постановка задачи. Случайные события. Случайные величины. Вероятность. Частотное определение вероятности. Плотность вероятности. Сложение вероятностей взаимно исключающих событий. Нормировка вероятности. Сложение вероятностей в общем случае. Условная вероятность. Независимые события. Формула умножения вероятностей для многих событий. Среднее значение дискретной случайной величины. Среднее значение непрерывно изменяющейся величины. Дисперсия. Функция распределения
§ 3. Макроскопическое и микроскопическое состояния системы 33
Определение системы. Макроскопическое состояние. Равновесное состояние. Микроскопическое состояние. Статистический ансамбль систем. Микроканонический ансамбль
§ 4. Постулат равновероятности и эргодическая гипотеза .... 35
Различие микросостояний. Постулат равновероятности. Вычисление средних по ансамблю. Вычисление средних по времени. Эргодическая гипотеза. Связь постулата равновероятности и эргодической гипотезы
§ 5. Вероятность макросостояння 43
Вероятность макросостояния. Формулы элементарной комбинаторики. Расчет вероятности макросостояния. Формула Стирлинга. формула для вероятности макросостояния. Наиболее вероятное число частиц. Биномиальное распределение. Предельные формы биномиального распределения. Распределение Пуассона
§ 6. Флуктуации 55
Среднее число частиц в объеме. Флуктуации. Относительная величина . . .
§ 7. Канонический ансамбль. Распределение Гиббса 60
Скоростные и энергетические микросостояния. Определение канонического ансамбля. Распределение Гиббса, или каноническое распределение. Нормиров¬ка распределения. Вычисление средних. Статистическая сумма. Флуктуации
§ 8. Распределение Максвелла 65
Два подхода к изучению распределения. Плотность состояний. Распределение Максвелла. Температура. Характерные скорости распределения Максвелла. Распределение Гаусса. Частота ударов молекул о стенку. Число молекул в различных участках распределения Максвелла. Экспериментальная проверка распределения Максвелла. Принцип детального равновесия
§ 9. Распределение Больцмана 78
Независимость плотностей вероятности координат и скоростей частицы. Распределение Больцмана. Смесь газов в сосуде. Связь распределений Максвелла и Больцмана. Атмосфера планет. Зависимость поляризации полярных диэлектриков от температуры. Экспериментальная проверка
§ 10. Давление 87
Основное уравнение кинетической теории газов. Уравнение Клапейрона — Мен¬делеева. Закон Дальтона. Закон Авогадро. Барометрическая формула. Подъемная сила. Измерение давления. Молярные и удельные величины
§ 11. Температура 95
Термометрическое тело и термометрическая величина. Шкала температур. Зависимость температуры от термометрического тела и термометрической величины. Термодинамическая шкала температур. Термометры. Международная практическая шкала температур. Нуль кельвин
§ 12. Распределение энергии по степеням свободы ЮЗ
Число степеней свободы. Метод би-мерного фазового пространства. Вычисление средней величины, относящейся к одной степени свободы. Сложные частицы со многими степенями свободы. Теорема о равнораспределении энергии
§ 13. Броуновское движение ПО
Сущность. Случайное блуждание. Расчет движения броуновской частицы. Вращательное броуновское движение
Задачи 115 2. Термодинамический метод. 
§ 14. Первое начало термодинамики 119
Задачи термодинамики. Работа. Теплота. Внутренняя энергия. Первое начало
§ 15. Дифференциальные формы и полные дифференциалы ... 125
Дифференциальные формы. Полный дифференциал
§ 16. Обратимые и необратимые процессы 129
Процессы. Неравновесные процессы. Равновесные процессы. Обратимые и необратимые процессы
§ 17. Теплоемкость *32
Определение. Внутренняя энергия как функция состояния. Теплоемкость при постоянном объеме. Теплоемкость при постоянном давлении. Соотношение между теплоемкостями. Соотношение между теплоемкостями идеального газа. Теплоемкость идеального газа. Расхождение теории теплоемкостей идеального газа с экспериментом.
§ 18. Процессы в идеальных газах 140
Изобарический процесс. Изохорический процесс. Изотермический процесс. Адиабатический процесс. Работа при адиабатическом процессе. Политропический процесс. Уравнение политропы
§ 19. Энтропия идеального газа 148
Определение. Физический смысл энтропии. Расчет изменения энтропии в процессах идеального газа. Специфичность теплоты как формы энергии
§ 20. Циклические процессы 152
Определение. Работа цикла. Коэффициент полезного действия. Цикл Карно. Коэффициент полезного действия цикла Карно. Вычисление к. п. д. с помощью энтропии. Формулировка Кельвина второго начала термодинамики. Формулировка Кпаузиуса. Эквивалентность формулировки Кельвина и Клаузиуса. Холодильная машина и нагреватель. О других возможных циклах
§ 21. Термодинамическая шкала температур 164
К. п. д. обратимых машин, работающих по циклу Карно с одинаковыми нагревателями и холодильниками. Термодинамическая шкала температур. Отрицательная термодинамическая температура
§ 22. Второе начало термодинамики 171
Вторая теорема Карно. Неравенство Клаузиуса. Энтропия. Второе начало термодинамики. Статистический характер второго начала термодинамики. Изменение энтропии в необратимых процессах. § 23. Термодинамические функции и условия термодинамической устойчивости 186
Некоторые формулы математики. Определение термодинамической функции. Термодинамическое тождество. Свободная энергия, или функция Гельмгольца. Термодинамическая функция Гиббса. Соотношения Максвелла. Другой вид дифференциалов внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Формулы для теплоемкостей. Экспериментальные данные, необходимые для полного термодинамического описания вещества. Основной критерий термодинамической устойчивости. Критерий устойчивости для системы с постоянными объемом и энтропией. Критерий устойчивости для системы с постоянными давлением и энтропией. Критерий устойчивости для системы с постоянными объемом и температурой. Критерий устойчивости для системы с постоянными температурой и давлением. Принцип Ле Шателье — Брауна. Выражение термодинамических функций через статистическую сумму.
Задачи 196 3. Электронный и фотонный газы. 
§ 24. Различные модели поведения частиц
Модель Максвелла—Больцмана. Неразличимость частиц. Модели Бозе— Эйнштейна и Ферми —Дирака. Формулы статистики Максвелла—Больцмана как предельный случай формул статистик Бозе —Эйнштейна и Ферми —Дирака
§ 25. Распределение Ферми — Дирака 201
Подсчет числа состояний. Распределение Ферми — Дирака. Предельный переход к распределению Гиббса. Определение параметра р. Определение параметра а
§ 26. Распределение Бозе — Эйнштейна 204
Подсчет числа состояний. Распределение Бозе — Эйнштейна
§ 27. Электронный газ 205
Свободные электроны в металлах. Определение параметра я для электронного газа. Анализ распределения Ферми — Дирака. Уровень Ферми. Характеристическая температура. Распределение импульсов электронов. Распределение электронов по скоростям. Распределение электронов по энергиям. Средняя энергия электронов. Внутренняя энергия и теплоемкость
§ 28. Фотонный газ 212
Излучение абсолютно черного тела. Распределение фотонов. Распределение фотонов по частотам. Формула Планка. Закон Стефана — Больцмана. Закон смещения Вина
Задачи 216 4. Газы с межмолекулярным взаимодействием и жидкости. 
§ 29. Силы взаимодействия 219
Силы связи в молекулах. Ионная связь. Ковалентная связь. Межмолекулярные силы в твердых телах. Структура жидкостей. Силы Ван-дер-Ваальса. Потенциал межмолекулярного взаимодействия. Системы молекул
§ 30. Переход из газообразного состояния в жидкое 228
Экспериментальные изотермы. Критическое состояние. Область двухфазных состояний. Насыщенный пар. Плотность насыщенного пара. Правило рычага. Свойства критического состояния. Критическая опалесценция. Поведение двухфазной системы при изменении температуры при постоянном объеме
§ 31. Уравнение Клапейрона — Клаузиуса 234
Вывод уравнения. Фазовая диаграмма. Область применимости. Приближенный интеграл уравнения Клапейрона — Клаузиуса
§ 32. Уравнение Ван-дер-Ваальса 237
Отклонение свойств газов от идеальных. Сжимаемость. Вириальное уравнение состояния. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Вириальная...