ПРОГРАММА ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА
по направлению 03.04.03 Физика

Профиль подготовки: «Физика наноразмерных систем»

Программа государственного экзамена по направлению 03.04.02 Физика составлена на основе требований ФГОС ВО и положения о проведении государственной итоговой аттестации в Тверском государственном университете.

Целью государственного экзамена является определение уровня сформированности компетенций, имеющих определяющее значение для профессиональной деятельности выпускников по направлению 03.04.02 Физика.

На государственном экзамене проверяются следующие компетенции:

  • ОК-1 способность к абстрактному мышлению, анализу, синтезу;
  • ОК-2 готовность действовать в нестандартных ситуациях, нести социальную и этическую ответственность за принятые решения;
  • ОПК-1 готовность к коммуникации в устной и письменной формах на государственном языке РФ и иностранном языке для решения задач профессиональной деятельности;
  • ПК-2 способность свободно владеть разделами физики, необходимыми для решения научно-инновационных задач, и применять результаты научных исследований в инновационной деятельности.

1. На государственный экзамен вынесены задания для проверки уровня сформированности компетенций и теоретические задания по следующим дисциплинам:

  • Физика межфазных явлений;
  • Неравновесная термодинамика;
  • Физика низкоразмерных систем;
  • Статистическая теория жидкого состояния;
  • Термодинамика и кинетика фазовых превращений.

2. Объем времени:

подготовка и сдача государственного экзамена — 2 недели

3. Сроки проведения:

согласно графику учебного процесса.

4. Материалы необходимые к государственному экзамену:

  • теоретические вопросы,
  • справочный материал, разрешенный к использованию на экзамене.

5.Условия подготовки и процедура проведения:

Расписание государственного экзамена и обзорных лекций по дисциплинам, включенным в программу экзамена, утверждается первым проректором — проректором по учебно-воспитательной работе ТвГУ по представлению декана факультета и вывешивается на доске объявлений за месяц до сдачи экзамена. Государственный экзамен проводится государственной экзаменационной комиссией. Форма проведения устная, включает: подготовка к ответу на знание теоретического материала и выполнение задания на проверку умений применять знания на практике — 2 часа.

Перечень теоретических вопросов, выносимых на государственную итоговую аттестацию

Физика межфазных явлений
  1. Классификация межфазных границ и микрогетерогенных систем. Структура и свойства поверхностных слоев. Поверхностное натяжение и поверхностная свободная энергия. Поверхностные избытки термодинамических величин.
  2. Искривленные межфазные границы. Поверхность натяжения. Основное уравнение теории капиллярности (формула Лапласа).
  3. Влияние кривизны межфазной поверхности на фазовые равновесия.
  4. Поверхности твердых тел. Термодинамика кристаллов. Теоретические оценки свободной поверхностной энергии твердых тел.
  5. Смачивание и растекание. Краевые углы. Уравнение Юнга.
  6. Избыточная свободная энергия мг-системы как ее основная термодинамическая характеристика. Термодинамическая теория возмущений. Применение термодинамической теории возмущений к статистической оценке избыточной свободной энергии мг-систем.
  7. Термодинамические свойства тонких пленок. Расклинивающее давление.
  8. Микрогетерогенные системы с пересекающимися поверхностями раздела фаз. Линейные избытки термодинамических величин. Линейное натяжение.
  9. Принцип Гиббса-Кюри, теорема Вульфа. Оценка избыточной свободной энергии ребер. Ее влияние на термодинамические свойства малых кристаллов.
  10. Термодинамика зарождения новой фазы. Гомогенное зародышеобразование. Конденсация паров. Кристаллизация из растворов и расплавов.
Неравновесная термодинамика
  1. Субстанциональное и пространственное описание в механике сплошных сред (Методы Лагранжа и Эйлера). Связь субстанциональной и локальной производных.
  2. Уравнение непрерывности. Общее уравнение баланса произвольной экстенсивной величины в локальной и субстанциональной формах.
  3. Уравнения баланса массы для многокомпонентных континуумов.
  4. Уравнение движения континуума (уравнения Коши). Тензор напряжений. Тензор давлений. Уравнение баланса импульса.
  5. Равновесная и неравновесная части тензора давлений. Приближение идеальной жидкости. Гидродинамическое уравнение Эйлера. Несжимаемая жидкость.
  6. Тензор вязкости. Уравнение Навье-Стокса. Понятие о жидкостях с неньютоновской реологией.
  7. Гипотеза о локальном (целлулярном) равновесии. Локальная формулировка второго закона термодинамики. Уравнение баланса энтропии. Поток и производство энтропии.
  8. Линейные и феноменологические законы. Принцип Кюри.
  9. Классификация гетерогенных систем. Диссипативная функция для гетерогенной системы, состоящей из двух гомогенных фаз.
  10. Диссипативная функция для изотермического мембранного транспорта. Осмотическое давление. Объемный и диффузионный потоки. Свойства мембран: коэффициент фильтрации, коэффициент проницаемости, коэффициент избирательности.
Статистическая теория жидкого состояния
  1. Видовые и родовые функции распределения. Определение и нормировка. Радиальная функция распределения.
  2. Теорема об усреднении. Пример: внутренняя энергия.
  3. Прямая корреляционная функция. Уравнение Орнштейна-Цернике. Его смысл.
  4. Потенциал средней силы. Связь с радиальной функцией распределения.
  5. Метод Майера в теории жидкого состояния. Основные положения.
  6. Цепочка уравнений ББГКИ в равновесной статистической физике.
  7. Суперпозиционное приближение. Уравнение Кирквуда.
  8. Понятие бридж-функционала. Основные замыкания для интегральных уравнений.
  9. Уравнение Перкуса-Йовика. Его решение.
  10. Термодинамическая теория возмущений. Метод Цванцига (λ-разложение)
Термодинамика и кинетика фазовых превращений
  1. Понятие о термодинамической фазе и фазовых переходах. Примеры фазовых переходов. Агрегатные состояния вещества. Аллотропные модификации.
  2. Фазовые переходы I и II рода.
  3. Фазовые переходы I рода. Уравнение Клайперона-Клаузиуса.
  4. Фазовые переходы II рода. Уравнения Эренфеста.
  5. Термодинамика сверхпроводящего перехода.
  6. Различные классификации дисперсных систем. Степень дисперсности. Фактор асферичности.
  7. Размерная зависимость температуры плавления. Формула Томсона.
  8. Размерная зависимость давления насыщенного пара. Уравнение Кельвина.
  9. Гомогенное зарождение жидкого аэрозоля. Работа нуклеации.
  10. Гомогенное зарождение кристалла из расплава.

Перечень вопросов на проверку профессиональной составляющей компетенций, выносимых на государственную итоговую аттестацию

  1. Подготовить план статьи по одному из вопросов программы.
  2. Подготовить план отчета по ГОСТ по одной из проблем программы.
  3. Подготовить ответ по одному из вопросов программы в виде обзора литературы.
  4. Подготовить проект заявки на патент по одной из проблематик изучаемых курсов.
  5. Сформулировать актуальные задачи, которыми занимаются в последние годы специалисты в области физики наноразмерных систем.