F1050N Thermics and molecular physics

Faculty of Science
Spring 2021
Extent and Intensity
2/1/0. 2 credit(s) (plus 2 credits for an exam). Type of Completion: zk (examination).
Teacher(s)
doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc. (lecturer)
Mgr. Jiří Bartoš, PhD. (seminar tutor)
Guaranteed by
doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc.
Department of Theoretical Physics and Astrophysics – Physics Section – Faculty of Science
Contact Person: doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc.
Supplier department: Department of Theoretical Physics and Astrophysics – Physics Section – Faculty of Science
Prerequisites (in Czech)
( F3370 Introduction to nanotechnology ) && (! F1050 Thermics and molecular physics )
Zvládnutí problematiky předmětu Termika a molekulová fyzika na úrovni požadavků maturitní zkoušky z fyziky.
Course Enrolment Limitations
The course is only offered to the students of the study fields the course is directly associated with.
fields of study / plans the course is directly associated with
Course objectives (in Czech)
Úvodní seznámení se základními pojmy a představami makroskopického (termodynamického) a mikroskopického (molekulárně-kinetického) popisu fyzikálních vlastností látek. Vysvětlení vzájemné souvislosti obou přístupů a jejich průběžná ilustrace na konkrétních příkladech (zejména na modelu ideálního plynu).
Learning outcomes (in Czech)
Absolvent kurzu by měl být schopen charakterizovat makroskopický a mikroskopický přístup ke studiu makroskopických systémů, uvést a vysvětlit jejich základní pojmy a představy i jejich vzájemnou souvislost. Tento teoretický aparát by měl být schopen ilustrovat na popisu dějů probíhajících v jednoduchých makroskopických systémech a s porozuměním jej využít při výpočtu jejich různých fyzikálních charakteristik.
Syllabus (in Czech)
  • A. MAKROSKOPICKÝ/TERMODYNAMICKÝ POPIS MAKROSKOPICKÝCH SYSTÉMŮ
  • 1.Základní pojmy termodynamiky: • Makroskopické/termodynamické systémy, stavy, procesy, veličiny • Termodynamická rovnováha (0. termodynamický zákon), rovnovážné stavy a děje • Stavové rovnice
  • 2.Vnitřní energie makroskopického systému a její změny: • Práce konaná makroskopickým systémem • Tepelná výměna mezi systémem a jeho okolím (I. termodynamický zákon) • Klasifikace systémů podle způsobu jejich interakce s okolím
  • 3.Teplota a její měření: • Studovaný systém a jeho teploměr • Obecný způsob zavedení konvenční teplotní stupnice • Kapalinový a plynový teploměr
  • 4.Některé významné termodynamické procesy: • Izochorický, izobarický, izotermický a adiabatický proces; volná expanze (plynu do vakua), děje složené - ilustrace na ideálním plynu • Tepelné kapacity termodynamického systému, kalorimetrie • Cyklické děje a jejich účinnost
  • 5.Kriterium realizovatelnosti termodynamických procesů: • II. termodynamický zákon - jeho různé slovní formulace a fyzikální obsah • Entropie a termodynamická teplotní stupnice • Tepelné stroje
  • B. MIKROSKOPICKÝ/MOLEKULÁRNĚ-KINETICKÝ POPIS MAKROSKOPICKÝCH SYSTÉMŮ
  • 6.Základní pojmy a představy kinetické teorie: • Mikroskopický stav (vs makroskopický stav), termodynamická váha makroskopického stavu • Fázový prostor • (Čistě) mechanický popis makroskopického systému a jeho popis statistický
  • 7.Ilustrace statistického popisu makroskopického systému na případu ideálního plynu: • Základy kinetické teorie plynů • Termodynamická rovnováha z mikroskopického hlediska, fluktuace • Mikroskopická interpretace termodynamických veličin (vnitřní energie, tlak, teplota)
  • 8.Boltzmannovo rozdělení: • Barometrická formule • Prostorové rozložení molekul ideálního plynu nacházejícího se v různých vnějších podmínkách • Zemská atmosféra
  • 9.Maxwellovo rozdělení: • Rozdělení molekul ideálního plynu podle složek jejich rychlosti • Rozdělení molekul ideálního plynu podle velikosti jejich rychlosti a velikosti jejich kinetické energie • Odvození stavových rovnic ideálního plynu
  • 10.Materiálové charakteristiky látek a jejich mikroskopická interpretace: • Tepelné kapacity • Střední volná dráha • Základní informace o přenosových jevech
Literature
  • OREAR, Jay. Základy fyziky. 1. vyd. Bratislava: Alfa, 1977, 550 s. info
  • VEIS, Štefan, Ján MAĎAR and Viktor MARTIŠOVITŠ. Všeobecná fyzika. 1. vyd. Bratislava: Alfa, 1978, 471 s. info
  • HALLIDAY D., RESNICK R. and WALKER J. Fyzika (Fundamentals of Physics). 2nd ed. Brno: Vutium, 2013. 1. info
  • FEYNMAN, Richard Phillips, Robert B. LEIGHTON and Matthew L. SANDS. Feynmanovy přednášky z fyziky s řešenými příklady. 1. vyd. Praha: Fragment, 2000, 732 s. ISBN 9788072004058. info
  • OBDRŽÁLEK, Jan and Alois VANĚK. Termodynamika a molekulová fyzika. Vyd. 1. Ústí nad Labem: Pedagogická fakulta UJEP v Ústí nad Labem, 1996, 223 s. ISBN 8070441348. info
  • ZAJAC R. and PIŠÚT J. Štatistická fyzika (Statistical Physics). Bratislava: Univerzita Komenského, 1995. info
  • BAIERLEIN, Ralph. Thermal physics. 1st publ. Cambridge: Cambridge University Press, 1999, xiii, 442. ISBN 9780521658386. info
  • LACINA, Aleš. Úvod do termodynamiky a statistické fyziky. Vyd. 1. Brno: Rektorát UJEP, 1983, 198 s. info
  • LACINA, Aleš. Základy termodynamiky a statistické fyziky. 1. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1990, 267 s. ISBN 8021001135. info
Teaching methods (in Czech)
přednáška + seminárně-výpočtové cvičení
Assessment methods (in Czech)
dvě písemné kontrolní práce v průběho semestru;
zkouška - písemná a ústní
Language of instruction
Czech
Further comments (probably available only in Czech)
The course is taught only once.
The course is taught: every week.
General note: Předmět je primárně určen pro podzimní semestr, na jaře 2021 běží jen vyjímečně. Na jaře 2021 běží pouze formou cvičení, přednášky budou poskytnuty formou nahrávky z minulého semestru.
  • Enrolment Statistics (recent)
  • Permalink: https://is.muni.cz/course/sci/spring2021/F1050N