nguphysСибирский физический журналSIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS2541-9447Новосибирский государственный университет10.25205/2541-9447-2023-18-3-113-128nguphys-279Research ArticleУЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРЕПОДАВАНИЯ ФИЗИКИEDUCATIONAL AND METHODICAL PROVISION OF TEACHING OF PHYSICSИспользование систем компьютерной математики для решения некоторых задач термодинамики и статистической физикиThe Use of Computer Mathematics Systems for Solving Some Problems of Thermodynamics and Statistical PhysicsПипичП. В.PipichР. V.

Петр Васильевич Пипич, преподаватель

Новосибирск

Pyotr V. Pipich, Lecturer  

Novosibirsk

pipich.petr@mail.ruВысший колледж информатики Новосибирского государственного университетаРоссияHigher College of Computer Science Novosibirsk State UniversityRussian Federation202322022024183113128Copyright © Пипич П.В., 20242024Пипич П.В.Pipich Р.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nguphys.elpub.ru/jour/article/view/279

С помощью математического пакета MathCAD получены решения задач с использованием уравнения теплового баланса, в которых теплоемкость рассчитывалась по теории Дебая, а также применялась сплайн-интерполяция экспериментальных данных по теплоемкости из справочника. Вычислена степень ионизации гелия при заданной температуре. Рассмотрен пример влияния примеси лития на степень ионизации водорода. Рассчитаны энергия и давление неона в области многократной ионизации. Построены изотермы идеального ферми-газа. Построен график функции распределения Ферми – Дирака для различных температур. Вычислена концентрация электронов и позитронов при температурах соответствующих энергии покоя электронов. Приведенные примеры можно использовать в учебном процессе.

With the help of the MathCAD mathematical package, solutions to problems using the heat balance equation were obtained, in which the heat capacity was calculated according to Debye theory, and spline interpolation of experimental data on heat capacity from the reference book was also used. The degree of helium ionization at a given temperature is calculated. An example of the influence of lithium impurity on the degree of hydrogen ionization is considered. The energy and pressure of neon in the region of multiple ionization are calculated. Isotherms of an ideal fermi gas are con structed. A graph of the Fermi-Dirac distribution function for various temperatures is constructed. The concentration of electrons and positrons at temperatures corresponding to the rest energy of electrons is calculated. These examples can be used in the educational process.

системы компьютерной математикиуравнение теплового балансатеория Дебаясплайн-интерполяцияионизация газовидеальный ферми-газэлектрон-позитронная плазмаcomputer mathematics systemsheat balance equationDebye theoryspline interpolationionization of gasesideal fermi gaselectron-positron plasmaReferencesТаблицы физических величин: Справочник / Под ред. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. 1008 с.Tables of physical quantities. Guide. Ed. akad. I. K. Kikoin. M., Atomizdat, 1976, 1008 p.Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Физматгиз, 1963. 632 с., с илл.Zeldovich Ya. B. and Raiser Yu. P. Physics of shock waves and high-temperature hydrodynamic phenomena. Moscow, Fizmatgiz, 1963, 632 p. with fig.Киттель Ч. Статистическая термодинамика. М.: Наука, 1977. 336 с., с илл.Kittel Ch. Statistical thermodynamics. Moscow, Nauka, 1977, 336 p. with fig.Бонч-Бруевич В. Л., Звягин И. П., Карпенко И. В., Миронов А. Г. Сборник задач по физике полупроводников. М.: Наука, 1987. 144 с.Bonch-Bruevich V. L. , Zvyagin I. P., Karpenko I. V., Mironov A. G. Collection of problems in semiconductor physics. Moscow, Nauka, 1987, 144 p.Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика. М.: Наука, 1976. Ч. 1. 584 с., с илл.Landau L. D., Lifshits E. M. Statistical Physics. Moscow, Nauka, 1976, part 1, 584 p. with fig.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.