F7070 Statistická fyzika a termodynamika

Přírodovědecká fakulta
podzim 2016
Rozsah
2/1/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
prof. Mgr. Jiří Krtička, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Jakub Fišák, Ph.D. (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Jana Musilová, CSc.
Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. Mgr. Jiří Krtička, Ph.D.
Dodavatelské pracoviště: Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 19. 9. až Ne 18. 12. Út 10:00–11:50 F1 6/1014, Út 12:00–12:50 F1 6/1014
Předpoklady
F6040 Termodyn. a stat. fyzika || F6082 Teoretická fyzika 2
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
1. Operátor hustoty. 2. Statistický ansámbl. 3. Informace a statistická entropie. 4. Kanonické rozdělení. 5. Velké kanonické rozdělení. 6. Statistická suma. 7. Termodynamická limita. 8. Ideální plyn. 9. Molekulární vlastnosti plynů. 10. Kvantové statistiky. 11. Bosonový plyn. 12. Fermionový plyn. 13. Kinetické rovnice. 14. Nerovnovážná termodynamika.
Osnova
  • 1. Operátor hustoty. 2. Statistický ansámbl. 3. Informace a statistická entropie. 4. Kanonické rozdělení. 5. Velké kanonické rozdělení. 6. Statistická suma. 7. Termodynamická limita. 8. Ideální plyn. 9. Molekulární vlastnosti plynů. 10. Kvantové statistiky. 11. Bosonový plyn. 12. Fermionový plyn. 13. Kinetické rovnice. 14. Nerovnovážná termodynamika.
Literatura
  • REIF, F. Fundamentals of statistical and thermal physics. Auckland: McGraw-Hill, 1965, x, [10]. ISBN 007085615X. info
  • KVASNICA, Jozef. Statistická fyzika. 2. vyd. Praha: Academia, 1998, 314 s. ISBN 8020006761. info
Výukové metody
Přednásky a domáci úkoly
Metody hodnocení
Výuka probíhá jako přednášky a cvičení. Kurs je ukončen zkouškou, která má písemnou a ústní část. Během písemné části jsou řešeny vybrané úlohy, během ústní části student losuje jednu z otázek.
Informace učitele
Otázky ke zkoušce: 1. Mikrokanonické rozdělení: předpoklady, princip stejné pravděpodobnosti, výpočet pravděpodobnosti nalezení stavu. Kanonické rozdělení: předpoklady, odvození výpočtu pravděpodobnosti nalezení stavu, výpočet středních hodnot veličin, souvislost s 1. větou termodynamickou, volná energie, statistická suma. Hustota stavů: obecné odvození a příklady. 2. Lineární harmonický oscilátor: statistická suma, volná energie, energie. Záření černého tělesa: vyjádření energie záření v dutině, výpočet celkové volné energie, Planckův vyzařovací zákon a důsledky. 3. Velké kanonické rozdělení: odvození, pravděpodobnost nalezení stavu, grandkanonická partiční funkce, souvislost s 1. větou termodynamickou, Landauův potenciál, neinteragující kvantový plyn (bosony, fermiony, klasická limita, stavové rovnice). 4. Boseho-Einsteinův plyn: odvození vztahu pro Landauův potenciál, klasická a relativistická limita, stavové rovnice, Boseho-Einsteinova kondenzace (příčiny, popis, důsledky). 5. Fermiho-Dirackův plyn: odvození vztahu pro Landauův potenciál, klasická a relativistická limita, stavové rovnice, chování pro nízké teploty, aplikace. 6. Operátor matice hustoty: zavedení, čistý a smíšený stav, výpočet středních hodnot veličin, časová závislost operátoru, zavedení pro případ kanonického rozdělení, příklady. 7. Viriálový a ekvipartiční teorém: odvození a důsledky. Boltzmannův neideální plyn: popis, aplikace. Soustava s konečným počtem energiových hladin. 8. Boltzmannova kinetická rovnice: odvození, srážkový člen, příklady řešení, Boltzmannův H-teorém, kinetická rovnice pro mírně nehomogenní plyn, rovnice přenosu záření.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 1999, podzim 2010 - akreditace, podzim 2000, podzim 2001, podzim 2002, podzim 2003, podzim 2004, podzim 2005, podzim 2006, podzim 2007, podzim 2008, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, jaro 2012 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2017, jaro 2019, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024, jaro 2025.