Предисловие. 
Курс общей физики. 
Книга 3: термодинамика, статистическая физика, строение вещества

Физика — самая фундаментальная из всех естественных наук. Она изучает самые простые и общие свойства материи и сравнительно простые явления природы. Поэтому физика составляет универсальную основу всей науки и техники.

Схематично научное исследование какого-либо физического явления можно разделить на три этапа: эксперимент (или наблюдения), построение модели и математический формализм. Два последних этапа являются составными частями физической теории, назначение которой — составить представление о механизме исследуемого явления и дать его количественное описание. Для построения теории сначала на основании наблюдательных или экспериментальных данных конструируется образная модель изучаемого явления. Модель есть научная абстракция, т. е. понятие, отражающее наиболее существенные свойства данного явления. Модель должна быть достаточно простой для того, чтобы она была пригодна для математического описания. Применение математики позволяет получить количественные соотношения между физическими величинами, которые могут быть проверены на опыте. Если теория верна, то ее предсказания должны подтверждаться результатами экспериментов и наблюдений.

Для установления эмпирических соотношений и законов необходимо определить способы и методы измерения различных физических величин. Измерить какую-либо физическую величину это значит сравнить ее с одноименной величиной, принятой за единицу. Единицы измерения физических величин разделяют на основные и производные от основных. Основные единицы определяют посредством эталонов, выбранных по международному соглашению. Эталон представляет собой меру или прибор, служащие для хранения, воспроизведения и передачи единицы измерения физической величины, принятой за одну из основных. Единицы всех прочих величин устанавливают при помощи физических законов, связывающих эти величины с основными.

В международной системе единиц, обозначаемой сокращенно СИ, основными единицами являются: единица длины — метр (м), единица времени — секунда ©, единица массы — килограмм (кг), единица силы тока— ампер {А), единица термодинамической температуры — кельвин (К), единица силы света — кандела (кд) и единица количества вещества моль (моль). Система единиц СИ, как установлено государственным стандартом, должна применяться как предпочтительная в науке, технике и при преподавании.

Размерностью какой-либо физической величины /называется формула, определяющая связь между единицей измерения этой величины и основными единицами. Для обозначения размерности величины/ используют символ [/]. Безразмерными называются величины, численные значения которых не зависят от выбора системы единиц измерения. Например, отношение двух величин одинаковой размерности является безразмерной величиной.

Название «общая физика» предполагает существование нескольких специальных разделов физики, в которых изучаются различные частные явления — фрагменты единой картины окружающего нас материального мира. Изучая в рамках общей физики различные явления физического мира, очень важно не заблудиться в трех соснах и увидеть за деревьями лес. Иначе говоря, важно воспринимать различные физические явления как части цельной картины.

Данная учебная дисциплина входит в общенаучный цикл основных образовательных программ бакалавриата.

Для изучения данной дисциплины необходимы компетенции (входные компетенции), уже сформированные у обучающихся в результате освоения предметов высшая математика и физика в старших классах средних общеобразовательных учебных учреждений.

Данная дисциплина является базой для дальнейшего изучения студентами спецкурсов по физике и курсов теоретической физики. Знание ее материалов необходимо также при практической работе выпускников по специальности.

В совокупности с другими дисциплинами базовой части профессионального цикла ФГОС ВПО третьего поколения дисциплина «Физика» обеспечивает инструментарий формирования профессиональных компетенций бакалавра.

В результате освоения дисциплины студент должен:

знать

• • основные законы естественнонаучных дисциплин;
• • методы математического анализа, векторной алгебры, моделирования, теоретического и экспериментального исследования;

уметь

• • написать и объяснить основные законы и уравнения физики;
• • использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности;
• • применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;
• • собрать и настроить элементарные схемы экспериментальных установок с использованием современных измерительных приборов при осуществлении несложных физических учебных экспериментов по заданной методике в физической лаборатории и измерении основных параметров объектов исследования;

• составить описания проводимых исследовании и анализ результатов, в том числе с помощью компьютерных технологий;

владеть

• • знаниями основных законов физики;
• • умением выводить основные соотношения между физическими величинами, следующих из постулатов теории или результатов эксперимента;
• • навыками применения основных законов физики при решении физических задач;
• • методикой анализа полученных решений физических задач и проведения численных вычислений с требуемой степенью точности.

Цели общей физики заключаются в формировании понятий и представлений, которые позволяют создать широкую картину мира, по возможности охватывающую все многообразие физических явлений. Для достижения этих целей рассматриваются только самые простые модели исследуемых явлений, которые дают возможность установить управляющие ими законы и написать выражающие эти законы математические соотношения.

Таким образом, в общей физике нс решают трудных задач, требующих для этого применения сложного математического аппарата. Он состоит всего лишь из нескольких основных определений и теорем теорий дифференциального и интегрального исчислений, векторной алгебры, математической теории скалярных и векторных полей, теорий обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных.

Книга предназначена главным образом для студентов высших технических учебных заведений. По способу представления изучаемого материала предлагаемый курс физики можно назвать двухуровневым. Каждая достаточно сложная тема излагается здесь дважды: сначала самым простым образом, а затем более строго и широко. Главы и разделы, содержащие материал повышенной сложности, отмечены символом «звездочка». Студент, имеющий желание получить углубленные знания, должен освоить материал как первого, так и второго уровня изложения.

Данный учебник состоит из трех книг, в каждой из которых рассматриваются различные разделы общей физики.

В предлагаемой Книге 3 представлены следующие разделы: термодинамика, элементы статистической физики, а также результаты их применения к таким объектам, как газы и жидкости. В рамках знакомства с неравновесными процессами изложены явления переноса в газах.

Рассмотрены основные понятия физики твердого тела, в частности, электрические, тепловые и магнитные свойства веществ.