1. Цель преподавания дисциплины: изучение классических и квантовых макроскопических систем.
2. Задача изучения дисциплины: освоение термодинамического метода и метода Гиббса.
3. Перечень дисциплин необходимых для изучения курса
Общая физика
Теоретическая механика
Квантовая механика- Учитель: Тлячев Вячеслав Бесланович
- Записанные студенты: 7
В курсе рассматриваются следующие вопросы:
Тепловое излучение. Спектральная плотность излучения. Закон Кирхгофа. Абсолютно черное тело. Закон Стефана-Больцмана. Закон Вина. Формула Рэлея-Джинса. Гипотеза Планка. Формула Планка.
Фотоэффект. Законы Столетова. Фотон. Эффект Комптона. Индуцированное излучение.
Планетарная (ядерная) модель атома. Сечение рассеяния. Формула Резерфорда. Теория водородоподобного атома. Постулаты Бора. Соотношение неопределенностей. Гипотеза де Бройля. Корпускулярно-волновой дуализм. Смысл волновой функции. Уравнение Шредингера. Плотность потока вероятности.
Прямоугольная квантовая яма. Прямоугольный квантовый барьер. Квантовый гармонический осциллятор. Квантование момента импульса. Квантовая механика атома водорода. Магнитный момент атома водорода. Спин. Принцип тождественности частиц. Бозоны. Фермионы. Принцип Паули.
Строение ядра. Протон, нейтрон. Нуклоны. Изоспин. Античастицы. Капельная модель строения ядра. Формула Вайцзеккера. Ядерные силы. Мезоны. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Теория α-распада. Формула Гейгера-Нэттола. β-Распад. Спектр β-распада. Нейтрино. γ-излучение. Эффект Мессбауэра. Ядерные реакции. Термоядерные реакции. Классификация элементарных частиц.
Детектирование частиц. Счетчик Гейгера-Мюллера. Камера Вильсона. Ускорители. Лептоны. Слабое взаимодействие. Кварковая модель адронов.
- Учитель: Тлячев Вячеслав Бесланович
- Записанные студенты: 18
Курс повторяет и расширяет знания, полученные в школе по физике.
- Учитель: Тлячев Вячеслав Бесланович
- Записанные студенты: 5
Курс излагает методы электродинамики в применении к задачам макрофизики.
Курс рассчитан на два семестра. Первый семестр представлен тремя модулями.
Модуль 1. Принцип относительности.
Релятивистская кинематика и динамика. Четырёхмерный формализм. Преобразования Лоренца. Заряд в электромагнитном поле. Уравнение движения заряда в поле в СТО. Калибровочная инвариантность.Модуль 2. Постоянное электромагнитное поле.
Движение заряда в постоянных и однородных электрическом и магнитном полях. Тензор электромагнитного поля. Законы преобразования для напряженностей электрического и магнитного полей. Инварианты поля.Модуль 3. Уравнения Максвелла.
Микроскопические уравнения Максвелла. Плотность и поток энергии. Тензор энергии-импульса электромагнитного поля. Уравнения электростатики. Закон Кулона. Электростатическая энергия зарядов. Поле равномерно движущегося заряда. Интегрирование уравнения Пуассона. Уравнения магнитостатики. Векторный потенциал. Постоянный электрический ток и постоянное магнитное поле в вакууме. Закон Био - Савара - Лапласа. Электромагнитная индукция. Взаимная индукция, самоиндукция. Энергия магнитного поля. Электромагнитные волны в вакууме. Волновое уравнение. Плоские волны. Монохроматические плоские волны. Законы преобразования для частоты и волнового вектора электромагнитной волны.Второй семестр также представлен тремя модулями.
Модуль 1. Излучение электромагнитных волн.
Поле движущихся зарядов. Решения уравнений для потенциалов (запаздывающие потенциалы). Потенциалы Лиенара-Вихерта. Электрическое и магнитное поле произвольно движущегося заряда. Поле излучения в волновой зоне. Излучение релятивистского заряда. Магнито-тормозное излучение. Синхротронное излучение, его свойства и применение.Модуль 2. Уравнении Максвелла в среде.
Усреднение уравнений Максвелла в среде. Поляризация и намагниченность среды. Индукция злектрического поля D. Напряжённость магнитного поля H. Электростатика проводников и диэлектриков. Пондемоторные силы. Граничные условия для векторов D и Е. Постоянное магнитное поле. Механические силы в магнитном поле. Закон Ампера. Граничные условия для векторов В и H. Ферромагнетизм. Кривая намагничения. Доменная структура ферромагнетиков. Сверхпроводимость. Магнитные свойства сверхпроводников. Квазистационарное электромагнитное поле. Скин-эффект.Модуль 3. Электромагнитные волны в среде.
Волновое уравнение и его решение. Дисперсия диэлектрической проницаемости. Поглощение. Фазовая и групповая скорости в диспергирующей среде. Отражение и преломление волн. Распространение электромагнитных волн в неоднородной среде. Электромагнитные плоские волны в анизотропных средах.- Учитель: Тлячев Вячеслав Бесланович
- Записанные студенты: 6
Дисциплина относится к обязательным дисциплинам базовой части учебного плана по направлению подготовки: 03.03.02 Физика, направленность (профиль): Фундаментальная физика (ФГОС 3++).
Основное содержание дисциплины
Предмет вычислительной физики. Элементы численных методов: вычисление определенных интегралов, решение трансцендентных уравнений, задачи линейной алгебры, задача Коши для системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Компьютерное моделирование в физике: численный эксперимент в задачах механики, электричества и статистической физики (задача преследования, движение в центральном поле, негармонические колебания, фазовые портреты, визуализация полей системы электрических зарядов, кинематическая модель газа и др.).
Трудоемкость дисциплины: 108 объем в часах, 3 в зачетных единицах.
Итоговый контроль - зачет.
ПЛАН КУРСА
Б1.О.06.02 Вычислительная физика (Практикум на ЭВМ)
108 часов 3 зач. ед. 68 час. аудиторные занятия, 40 час СРС
План
Тема 0. Основы деятельности в сети Интернет
Глобальная сеть Интернет
Браузеры. Просмотр веб-страниц.
ИНТЕРНЕТ. Часть 1 (архитектура, история, организация, доступ, подключение)
ИНТЕРНЕТ. Часть 2 (основные ресурсы)
ИНТЕРНЕТ. Часть 3 (протокол TCP-IP, имена в Интернете, система адресации, домены, числовые адреса, браузеры, протокол HTTP)
ИНТЕРНЕТ. Часть 4 (поиск информации, разработка web-приложений, HTML, VRML, CGI, Java)
Текстовые процессоры Word. LaTeX.
Элементарные расчеты в электронных таблицах MS Excel, OpenOffice Calc и LibreOffice Calc.
Тема 1. Введение в среду программирования Maxima и Maple
1. Интерфейс. Основные команды.
2. Решение простых задач. Вычисления. Построение графиков.
3. Моделирование движения тела, брошенного под углом к горизонту (вблизи поверхности Земли, без учета сопротивления среды).
Тема 2. Введение в теорию погрешностей.
1. Погрешности измерений и их классификация.
2. Погрешности вычислений и их определение.
Тема 3. Основы численных методов.
1. Численное решение алгебраических уравнений.
2. Численное решение систем алгебраических уравнений.
3. Численное дифференцирование.
4. Численное интегрирование.
5. Моделирование движения тела, брошенного под углом к горизонту (вблизи поверхности Земли, с учетом сопротивления среды).
6. Моделирование движения тела, брошенного под углом к горизонту (не вблизи поверхности Земли, с учетом сопротивления среды).
7. Моделирование силовых линий электрического поля.
8. Моделирование колебаний маятника на пружине и на нити.
Тема 4. Метод Монте-Карло.
1. Понятие случайной величины. Дискретные и непрерывные случайные величины.
2. Вероятность и ее вычисление.
3. Законы распределение случайной величины.
Тема 5. Метод перколяции.
1. Перколяция или задача о протекании.
2. Две постановки задачи.
3. Перколяция и метод Монте Карло.
4. Порог протекания.
5. Задачи на применение метода перколяции.
Ссылки на источники
Видеолекции
https://mipt.ru/education/chair/computational_physics/uchebnye-kursy/vychislitelnaya-matematika/videolektsii/
ЭБС "Университетская Библиотека Онлайн"
Чичкарев, Е. А. Компьютерная математика с Maxima : [16+] / Е. А. Чичкарев. – 2-е изд., испр. – Москва : Национальный Открытый Университет «ИНТУИТ», 2016. – 459 с. : граф. – Режим доступа: по подписке. – URL: https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=428974
Губина, Т. Н. Решение дифференциальных уравнений в системе компьютерной математики Maxima : учебное пособие / Т. Н. Губина, Е. В. Андропова ; Федеральное агентство по образованию, Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина, Центр свободного программного обеспечения. – Елец : Елецкий государственный университет им. И. А. Бунина, 2009. – 99 с. – Режим доступа: по подписке. – URL: https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=272098
Губина, Т. Н. Учебно-методическое пособие по дисциплине «Компьютерное моделирование» : учебное пособие / Т. Н. Губина, И. Н. Тарова ; Министерство образования Российской Федерации, Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина. – Елец : Елецкий государственный университет им. И. А. Бунина, 2004. – 155 с. – Режим доступа: по подписке. – URL: https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=272142
https://maxima.sourceforge.io/ru/ Система компьютерной алгебры Maxima
- Учитель: Тлячев Вячеслав Бесланович
- Записанные студенты: 20
Физическая кинетика – наука, изучающая процессы, возникающие при нарушении равновесия в системе. Соответствующие процессы носят название явлений переноса. Три основных явления переноса – теплопроводность, диффузия и вязкое трение.
Целью преподавания дисциплины «Физическая кинетика» является изучение основных понятий неравновесной статистики, демонстрация ключевой и все объемлющей роли, которую эта область знаний играет в жизни современного общества в целом и в современном развитии техники в частности.
В процессе изучения курса «Физическая кинетика» студенты должны: получить знания и выработать умение применять методы статистической физики к расчету физических свойств неидеальных макросистем; использовать кинетические уравнения; правильно с методологической и философской точки зрения оценивать физические закономерности в неравновесных макросистемах.
Для успешного усвоения и изучения данной дисциплины, студенты должны владеть методическими и математическими основами всех разделов курсов математики и теоретической физики, изученных ими к началу 7 семестра.
Содержание курса.
Общая структура кинетического уравнения для одночастичной функции распределения; диффузионное приближение, уравнение Фоккера-Планка; цепочка уравнений Боголюбова; приближение самосогласованного поля, уравнение Власова, плазменные колебания, затухание Ландау; уравнение Больцмана, Н-теорема; столкновения в плазме, интегралы столкновений, кинетические коэффициенты; локальное распределение Максвелла, построение уравнений гидродинамического приближения; кинетическое уравнение для легкой компоненты; уравнение кинетического баланса.
- Учитель: Тлячев Вячеслав Бесланович
- Записанные студенты: 8
Курс «Физика атомного ядра и элементарных частиц» является составной частью курса «Общая физика» наряду с механикой, молекулярной физикой, электричеством и магнетизмом, оптикой, атомной физикой и лежит в основе фундаментального образования физика.
Цель: формирование современного представления о структуре и процессах, протекающих в микромире, физических свойств микромира и квантовых явлений на уровнях атомарной структуры вещества и элементарных частиц.
Задачи дисциплины:
- ознакомить студентов с основными законами, теориями и экспериментами курса «Физика атомного ядра и элементарных частиц» и создать базу для изучения в дальнейшем таких разделов теоретической физики, как квантовая физика и физика конденсированного состояния, астрофизика;
- сформировать современные представления о природе света, о процессах распространения света и его взаимодействия с веществом;
- выяснить физический смысл и содержание основных понятий физики атомного ядра и элементарных частиц, сообщить студентам основные принципы и законы по данному разделу физики и их выражение в виде математических уравнений;
- ознакомить студентов с основными физическими явлениями, методами их наблюдения, с главными методами точного измерения физических величин;
- дать студентам ясное представление о границах применимости физических моделей, теорий и законов;
- помочь студентам овладеть философскими и методологическими вопросами атомной физики, ознакомиться с этапами истории его развития;
- формировать у студентов единую, стройную, логически непротиворечивую физическую картину окружающего мира на основе обобщения экспериментальных данных и построения моделей наблюдаемых явлений;
- привить навыки самостоятельной работы по предмету;
- формировать правильное представление о роли физики в научно- техническом прогрессе;
- формировать научное мышление, способное гибко перестраиваться к восприятию неизбежных трансформаций старых представлений в принципиально новые;
- развивать у студентов умения ставить и решать конкретные задачи;
- развивать любознательность и интерес к изучению физики;
помочь студентам осознать, что многие прикладные направления (например, атомная и ядерная энергетика) – это модифицированные развитием техники разделы физики и без нее они не могли бы развиваться.- Учитель: Тлячев Вячеслав Бесланович
- Записанные студенты: 7
Курс посвящен изучению основ физики полупроводников. Наряду с традиционными разделами физики полупроводников в курсе затрагиваются некоторые современные аспекты.
Программа курса. Введение в зонную теорию. Квантово-механическое описание строения атома. Зонная теория строения твердого тела. Металлы, диэлектрики и полупроводники с точки зрения зонной теории. Примесные полупроводники. Полуметаллы. Явления в полупроводниках. Электропроводность полупроводников. Дырки. Подвижность носителей. Функция распределения Ферми. Теплопроводность полупроводников. Фононы. Контактные явления. Работа выхода. Контактная разность потенциалов. Выпрямление на контакте двух металлов, металла и полупроводника и двух полупроводников. p-n переход. Термоэлектрические явления (эффекты Зеебека, Пельтье и Томсона). Гальваномагнитные и термомагнитные явления. Фотопроводимость. Полупроводниковые приборы. Полупроводниковые диоды. Выпрямительные диоды. Диоды Шоттки. Явления пробоя. Стабилитроны. Туннельные и обращенные диоды. Быстродействие диодов. Биполярные транзисторы. ВАХ и параметры. Режимы работы биполярных транзисторов. Быстродействие. Транзисторы Шоттки. Полевые транзисторы. Типы, ВАХ и параметры. Быстродействие полевых транзисторов. Мощные полевые транзисторы и биполярные транзисторы с изолированным затвором. Многослойные структуры. Тиристоры, тринисторы и симисторы.Другие типы полупроводниковых приборов (диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды, фотодиоды, светодиоды и др.)
- Учитель: Тлячев Вячеслав Бесланович
- Записанные студенты: 75
Рассматриваются вопросы методологии научного исследования, подготовки, оформления и процедуры защиты ВКР.
- Учитель: Тлячев Вячеслав Бесланович
- Записанные студенты: 27
В курсе рассматриваются релятивистские уравнения Клейна-Гордона-Фока, Дирака, их точные решения в постоянном и однородном магнитном поле, процессы излучения зараженной частицы (электрона) и другие вопросы.
- Учитель: Тлячев Вячеслав Бесланович
- Записанные студенты: 7