МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Термодинамика неравновесных процессов

рабочая программа дисциплины
Закреплена за кафедройКафедра общей и экспериментальной физики
Направление подготовки03.03.02. Физика
ПрофильМедицинская физика; Современные функциональные материалы
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость5 ЗЕТ
Учебный план03_03_02_Физика_Профили-2022
Часов по учебному плану 180
в том числе:
аудиторные занятия 68
самостоятельная работа 35
индивидуальные консультации 50
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 6

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 3 (6) Итого
Недель 22
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 32 32 32 32
Практические 36 36 36 36
Сам. работа 35 35 35 35
Консультации 50 50 50 50
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 180 180 180 180

Программу составил(и):
канд. физ.-мат. наук, доцент, Андрухова Т.В.

Рецензент(ы):
канд. техн. наук, доцент, Мансуров А.В.

Рабочая программа дисциплины
Термодинамика неравновесных процессов

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования - бакалавриат по направлению подготовки 03.03.02 Физика (приказ Минобрнауки России от 07.08.2020 г. № 891)

составлена на основании учебного плана:
03.03.02 Физика
утвержденного учёным советом вуза от 27.04.2021 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра общей и экспериментальной физики

Протокол от 30.06.2021 г. № 07/202-2021
Срок действия программы: 20232027 уч. г.

Заведующий кафедрой
Плотников Владимир Александрович


1. Цели освоения дисциплины

1.1.овладение студентами сведениями по термодинамике неравновесных необратимых процессови формирование научного, творческого подходак решению правктических задач, связанных с нестационарными, неравновесными потоками вещества, энергии и заряда в открытых физико-химических системах;
выработать у студентов систематические знания по статистической физике и термодинамике;
познакомить студентов с общими закономерностями, связывающими особенности кристаллического строения твердых тел с их физическими свойствами;
овладение методами термодинамики неравновесных процессов;
формирование профессиональных компетенций, необходимых для осуществления профессиональной деятельности

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.О.05

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-1Способен применять базовые знания в области физико-математических и (или) естественных наук в сфере своей профессиональной деятельности;
ОПК-1.1 Знает основные физические и математические законы и методы накопления, передачи и обработки информации;
ОПК-1.2 Умеет использовать в профессиональной деятельности и применяет физикоматематические и естественнонаучные знания, физические законы и математически методы дляьрешения задач теоретического и прикладного характера
ОПК-1.3 Умеет анализировать и обобщать профессиональную информацию на теоретикометодологическом уровне
ОПК-1.4 Умеет решать стандартные профессиональные задачи с применением естественнонаучных знаний, физических законов, математических методов и методов моделирования.
ОПК-1.5 адеет навыками теоретического и экспериментального исследования объектов профессиональной деятельности
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.основные положения и принципы неравновесной термодинамики;
соотношения и область применимости линейной неравновесной термодинамики;
критерии устойчивости стационарных состояний термодинамических систем;
современное состояние науки в области термодинамики неравновесных процессов;
основные понятия и определения термодинамики, особенности протекания термодинамических процессов в открытых системах,
близких и далеких от равновесия;
условия образования диссипативных структур;
3.2.Уметь:
3.2.1.рассчитывать производство энтропии в неравновесных процессах;
объяснять характер взаимосвязи между составом, строением и свойствами веществ;
устанавливать взаимосвязь между получением и составом кристаллов;
находить границы устойчивости стационарных состояний термодинамических систем;
определять термодинамические потоки и силы, их связь с энтропией системы и на этой основе классифицировать состояния системы, вычислять критерии эволюции и устойчивости состояний термодинамической системы.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.терминологией, применяемой в области неравновесной термодинамики;
навыками термодинамических расчетов линейной и нелинейной термодинамики;
методикой прогнозирования эволюции неравновесной термодинамической системы
теоретическими методами описания свойств простых и сложных веществ на основе электронного строения их атомов, экспериментальными методами.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Описание систем в термодинамике неравновесных процессов
1.1. Второе начало термодинамики в открытых системах.Движущие силы и скорости необратимых термодинамических процессов и соотношения между ними. Потоки и термодинамические силы. Лекции 6 4 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л2.4, Л2.5
1.2. Условия термодинамического равновесия. Термодинамические силы в системах с пространственной неоднородностью. Лекции 6 4 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л2.4, Л2.5
1.3. Описание систем в термодинамике неравновесных процессов Практические 6 8 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л1.4, Л2.4, Л2.5
1.4. Описание систем в термодинамике неравновесных процессов Консультации 6 12 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л2.4, Л2.5
1.5. Описание систем в термодинамике неравновесных процессов Сам. работа 6 8 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л1.4, Л2.4, Л2.5
Раздел 2. Термодинамика систем вблизи равновесия (линейная неравновесная термодинамика)
2.1. Соотношение между величиной потока и термодинамической силой вблизи термодинамического равновесия. Взаимодействие термодинамических процессов и линейные соотношения Онзагера. Примеры взаимодействующих процессов Лекции 6 4 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л2.4, Л2.5
2.2. Термодинамические критерии достижения и устойчивости стационарных состояний. Термодинамика метаболических циклов и направление эволюции живых систем. Лекции 6 4 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л2.4, Л2.5
2.3. Термодинамика систем вблизи равновесия(линейная неравновесная термодинамика) Практические 6 10 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л1.4, Л2.4, Л2.5
2.4. Термодинамика систем вблизи равновесия(линейная неравновесная термодинамика) Консультации 6 13 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л2.4, Л2.5
2.5. Термодинамика систем вблизи равновесия(линейная неравновесная термодинамика) Сам. работа 6 9 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л1.4, Л2.4, Л2.5
Раздел 3. Термодинамика систем вдали равновесия (нелинейная неравновесная термодинамика)
3.1. Термодинамический и кинетический подходы к описанию эволюции систем. Общие критерии устойчивости стационарных состояний.Критерии эволюции в нелинейной термодинамике. Универсальный критерий эволюции Гленсдорфа–Пригожина Лекции 6 4 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л2.4, Л2.5
3.2. Развитие и перспективы теории нелинейной термодинамики. Термодинамика и устойчивость нелинейных кинетических систем. Точки бифуркации и возникновение новых диссипативных структур. Диссипативные структуры в существенно неравновесных системах. Проявления диссипативных структур. Лекции 6 4 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л2.4, Л2.5
3.3. Термодинамика систем вдали равновесия (нелинейная неравновесная термодинамика) Практические 6 10 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л1.4, Л2.4, Л2.5
3.4. Термодинамика систем вдали равновесия (нелинейная неравновесная термодинамика) Консультации 6 13 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л2.4, Л2.5
3.5. Термодинамика систем вдали равновесия (нелинейная неравновесная термодинамика) Сам. работа 6 10 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л1.4, Л2.4, Л2.5
Раздел 4. Энтропия и информация
4.1. Иерархия процессов по временным факторам в сложных динамических системах. Квазистационарные подсистемы. Проблема устойчивости динамического процесса. Связь энтропии и информации Лекции 6 4 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л2.4, Л2.5
4.2. Количество биологической информации. Ценность информации. Рецепция и возникновение информации в динамических системах. Самоорганизация в физике, химии, биологии. Лекции 6 4 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л2.4, Л2.5
4.3. Энтропия и информация Практические 6 8 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л1.4, Л2.4, Л2.5
4.4. Энтропия и информация Консультации 6 12 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л2.4, Л2.5
4.5. Энтропия и информация Сам. работа 6 8 Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2, Л1.3, Л2.3, Л1.4, Л2.4, Л2.5

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
см. Приложение
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
см. Приложение
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
см. Приложение

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Э. М. Кольцова, Л. С. Гордеев, Ю. Д. Третьяков, А. А. Вертегел Термодинамика необратимых процессов и нелинейная динамика [Текст: электронный]: учебное пособие для вузов Москва : Издательство Юрайт, 2022 urait.ru
Л1.2 А. М. Цирлин Методы оптимизации в необратимой термодинамике [Текст: электронный]: учебное пособие для вузов Москва : Издательство Юрайт, 2023 urait.ru
Л1.3 Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Л. П. Питаевский; под редакцией Г. С. Ландсберга Теоретическая физика.Том 9: Статистическая физика. Ч. 2. Теория конденсированного состояния [Текст: электронный] : учебное пособие Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2021 e.lanbook.com
Л1.4 А. С. Кондратьев, П. А. Райгородский Задачи по термодинамике, статистической физике и кинетической теории [Текст: электронный] : учебное пособие Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2007 e.lanbook.com
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Г. В. Белов Техническая термодинамика [Текст: электронный] : учебное пособие для вузов Москва : Издательство Юрайт, 2023 urait.ru
Л2.2 М. М. Афанасова Термодинамика. Статистическая физика. Элементы теории конденсированного состояния [Текст: электронный]: учебно-методическое пособие Рязань : РГУ имени С.А.Есенина, 2020 e.lanbook.com
Л2.3 Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц ; под редакцией Л. П. Питаевского Теоретическая физика. Том 5 : Статистическая физика. Ч. 1 [Текст: электронный] : учебное пособие Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2021 e.lanbook.com
Л2.4 М. В. Мамонова, В. В. Прудников, И. А. Прудникова Физика поверхности. Теоретические модели и экспериментальные методы [Текст: электронный]: монография Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2011 e.lanbook.com
Л2.5 В. В. Прудников, П. В. Прудников, А. Н. Вакилов Теоретические методы описания неравновесного критического поведения структурно неупорядоченных систем [Текст: электронный] : монография Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2013 e.lanbook.com
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
6.3. Перечень программного обеспечения
Open Office
MS Office, Word, Excel, PowerPoint, Access
MS Paint
WinRAR
WinZIP
Far Manager
Total Commander
Internet Explorer
Opera

Microsoft Windows
AcrobatReaderMicrosoft Office 2010 (Office 2010 Professional, № 4065231 от 08.12.2010), (бессрочно);
Microsoft Windows 7 (Windows 7 Professional, № 61834699 от 22.04.2013), (бессрочно);
Chrome (http://www.chromium.org/chromium-os/licenses), (бессрочно); 7-Zip (http://www.7-zip.org/license.txt), (бессрочно);
AcrobatReader (http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf), (бессрочно);
ASTRA LINUX SPECIAL EDITION (https://astralinux.ru/products/astra-linux-special-edition/), (бессрочно);
LibreOffice (https://ru.libreoffice.org/), (бессрочно);
Веб-браузер Chromium (https://www.chromium.org/Home/), (бессрочно);
Антивирус Касперский (https://www.kaspersky.ru/), (до 23 июня 2024);
Архиватор Ark (https://apps.kde.org/ark/), (бессрочно);
Okular (https://okular.kde.org/ru/download/), (бессрочно);
Редактор изображений Gimp (https://www.gimp.org/), (бессрочно)
6.4. Перечень информационных справочных систем
ЭБС Университетская библиотека onlin - http://biblioclub.ru/index.php?page=razdel_red&sel_node=1411$
ЭБС издательства "Лань" - https://e.lanbook.com
ЭБС "Юрайт" - https://biblio-online.ru/catalog/4FE39028-BB4A-49CF-AE1B-C8BA8808889E/estestvennye-nauki-463

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Учебная аудитория для проведения занятий всех видов (дисциплинарной, междисциплинарной и модульной подготовки), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проекта (работы), проведения практики Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска, мультимедийное оборудование стационарное или переносное)
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска, мультимедийное оборудование стационарное или переносное)

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Основной целью при изучении дисциплины является стремление показать области применения и формирование у будущих специалистов теоретических знаний и практических навыков по использованию законов термодинамики неравновесных процессов для широкого спектра задач в различных областях.
Для эффективного изучения теоретической части дисциплины «Термодинамика неравновесных процессов» необходимо:
- построить работу по освоению дисциплины в порядке, отвечающим изучению основных этапов, согласно приведенным темам лекционного материала;
- систематически проверять свои знания по контрольным вопросам и заданиям;
- усвоить содержание ключевых понятий;
- плотно работать с основной и дополнительной литературой по соответствующим темам.
Для эффективного изучения практической части дисциплины «Термодинамика неравновесных процессов» рекомендуется:
- систематически выполнять подготовку к практическим занятиям и(или) лабораторным работам (в соответствии с уч. планом)по предложенным преподавателем тема и методическим указаниям ;
- своевременно выполнять практические задания, лабораторные работы (в соответствии с уч. плано).
- своевременно и систематически защищать результаты своих экспериментальных исследований.
В течение семестра студенты выполняют:
- домашние задания (Case-study - анализ конкретных ситуаций, ситуационный анализ), выполнение которых контролируется и обсуждается (групповое обсуждение)на практических занятиях или перед выполнением лабораторных работ (сократический диалог - подразумевающий постановку особых вопросов в процессе беседы, которые способствуют работе мышления, концентрации внимания, адекватной оценке текущей дискуссии и своей в ней роли);
- промежуточные задания, во время практических и(или) лабораторных работ (в форме дискуссий, дебатов)для выявления знаний по основным элементам новых разделов теории или методике проведения экспериментальных заданий (в соответствии с уч. планом);
- построение "дерева решений" для проведения наиболее эфффективного анализа методики эксперимента, непосредственного выполнения экспериментальных исследований в ходе лабораторных работ и (или) практических занятий (в соответствии с уч. планом);
- обсуждают задания практических и(или) лабораторных работ методом "Займи позицию", помогающем выяснить, какой спектр мнений может существовать по обсуждаемому вопросу и предоставляет возможность высказаться каждому, продемонстрировать различные мнения, а затем обосновать свою позицию, найти и выразить самые убедительные аргументы, сравнить их с аргументами других.