PřF:F6040 Termodyn. a stat. fyzika - Informace o předmětu
F6040 Termodynamika a statistická fyzika
Přírodovědecká fakultapodzim 2024
- Rozsah
- 3/2/0. 4 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
- Vyučující
- prof. Mgr. Jiří Krtička, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Michal Kajan, Ph.D. (cvičící)
Vasudevan Sundararaman (cvičící) - Garance
- prof. Mgr. Jiří Krtička, Ph.D.
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 12:00–12:50 F4,03017, St 9:00–10:50 F1 6/1014
- Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
F6040/02: Po 16:00–17:50 F4,03017 - Předpoklady
- ( F4120 Teoretická mechanika && F4090 Elektrodyn. a teorie rel. )||( F4100 Úvod do fyziky mikrosvěta )||( F4050 Úvod do fyziky mikrosvěta )
- Omezení zápisu do předmětu
- Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
- Mateřské obory/plány
- Cíle předmětu
- Hlavním cíle kurzu je porozumění základům termodynamiky a statické fyziky. Výklad základních termodynamických veličin a pojmů je založen na jejich statistické interpretaci. Stejně tak jsou základní termodynamické věty v úvodu odvozeny pomocí statistické fyziky. Termodynamické věty jsou aplikovány na jednotlivé fyzikální případy. Jsou odvozena základní rozdělení statistické fyziky a uvedeny jejich hlavní aplikace.
- Výstupy z učení
- Student bude po absolvování předmětu schopen:
-aplikovat základní termodynamické věty na různé fyzikální problémy;
-odvodit vztahy mezi jednotlivými termodynamickými veličinami;
-aplikovat kanonické a grandkanonické rozdělení na jednoduché fyzikální případy. - Osnova
- 1. Základní pojmy termodynamické fenomenologie. Popis systémů mnoha částic. Stav a proces. Termodynamická rovnováha.
- 2. První věta termodynamická. Síla, práce a teplo. Adiabatický proces. Kvazistatický a vratný proces.
- 3. Teplota a entropie. Druhá věta termodynamická.
- 4. Třetí věta termodynamická. Tepelná kapacita. Procesy v ideálním plynu.
- 5. Termodynamické potenciály (energie, volná energie, entalpie, Gibbsův potenciál). Maxwellovy relace.
- 6. Měření makroskopických parametrů (teplota, tepelná kapacita, kompresibilita) a vztahy mezi nimi.
- 7. Volná expanze plynu do vakua. Jouleův-Thomsonův jev.
- 8. Tepelné stroje. Důsledky 3. věty termodynamické.
- 9. Podmínky rovnováhy a stability termodynamických systémů. Závislost termodynamických veličin na množství hmoty. Zákon působících hmot.
- 10. Fázové přechody. Klasifikace fázových přechodů. Fázové přechody prvního druhu, fázový diagram.
- 11. Termodynamické vlastnosti magnetik.
- 12. Fluktuace.
- 13. Mikrokanonické rozdělení.
- 14. Kanonické rozdělení. Hustota stavů. Maxwellův-Boltzmannův plyn. Viriálový a ekvipartiční teorém.
- 15. Grandkanonické rozdělení. Boseho-Einsteinovo rozdělení. Fermiho-Diracovo rozdělení.
- Literatura
- REIF, F. Fundamentals of statistical and thermal physics. Auckland: McGraw-Hill, 1965, x, [10]. ISBN 007085615X. info
- KVASNICA, Jozef. Termodynamika. Vyd. 1. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1965, 394 s. info
- Thermal physics. Edited by Ralph Baierlein. 1st publ. Cambridge: Cambridge University Press, 1999, xiii, 442. ISBN 0-521-59082-5. info
- KVASNICA, Jozef. Statistická fyzika. 2. vyd. Praha: Academia, 1998, 314 s. ISBN 8020006761. info
- FERMI, Enrico. Termodinamika. Izd. 2-oje, stereotipnoje. Char'kov: Izdatel'stvo Char'kovskogo universiteta, 1973, 136 s. info
- KONDEPUDI, Dilip a Ilya PRIGOGINE. Modern thermodynamics : from heat engines to dissipative structures. Chichester: John Wiley & Sons, 1998, xvii, 486. ISBN 0-471-97393-9. info
- LEONTOVIČ, Michail Aleksandrovič. Úvod do thermodynamiky. 1. vyd. Praha: Nakladatelství Československé akademie věd, 1957, 191 s. info
- LANDAU, Lev Davidovič a Jevgenij Michajlovič LIFŠIC. Statistical physics. Translated by J. B. Sykes - M. J. Kearsley. 3rd ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2001, xvii, 544. ISBN 0-7506-3372-7. info
- Výukové metody
- Přednášky a cvičení. Zadání příkladů ze cvičení je možné získat na adrese http://www.physics.muni.cz/~krticka/vyuka.html
- Metody hodnocení
- Zkouška má písemnou a ústní část. Studenti jsou hodnoceni na základě výsledků obou částí zkoušky. Účast na zkoušce je umožněna studentům, kteří získají alespoň 50 % bodů ze zápočtových písemek a mají nanejvýš 3 absence na cvičení. Studenti, kteří získají menší počet bodů musí vypracovat náhradní příklady.
Během ústní části zkoušky si student losuje jednu z následujících otázek:
1. Základní pojmy termodynamické fenomenologie. Popis systémů mnoha částic (mikrostav a makrostav). Stav a proces (stavové a nestavové veličiny). Termodynamická rovnováha. Směřování systému k rovnováze. Princip stejné pravděpodobnosti a jeho užití ve statistické fyzice.
2. První věta termodynamická. Síla, práce a teplo. Adiabatický proces. Kvazistatický a vratný proces. Souvislost s počtem dosažitelných stavů.
3. Statistická definice teploty a entropie. Stavové rovnice. Druhá věta termodynamická a její různé formulace.
4. Třetí věta termodynamická a její důsledky. Tepelná kapacita. Klasický ideální plyn a procesy v ideálním plynu.
5. Termodynamické potenciály (energie, volná energie, entalpie, Gibbsův potenciál, Landaův potenciál). Maxwellovy relace. Měření makroskopických parametrů (energie, teplo, teplota, tepelná kapacita, kompresibilita) a vztahy mezi nimi.
6. Volná expanze plynu do vakua. Jouleův-Thomsonův proces.
7. Tepelné stroje (pracovní stroje, chladící zařízení, tepelná čerpadla). Podmínky rovnováhy a stability termodynamických systémů.
8. Závislost termodynamických veličin na množství hmoty. Zákon působících hmot. Fázové přechody. Klasifikace fázových přechodů. Fázové přechody prvního druhu, fázový diagram. Clausiova-Clapeyronova rovnice.
9. Fluktuace: příčiny existence fluktuací, popis fluktuací, fluktuace energie, fluktuace v soustavě s konstantním tlakem a teplotou.
10. Mikrokanonické rozdělení. Kanonické rozdělení: odvození, pravděpodobnost realizace mikrostavu, statistická suma, výpočet středních hodnot veličin, souvislost s první větou termodynamickou.
11. Hustota stavů. Aplikace kanonického rozdělení: harmonický oscilátor, Maxwellův-Boltzmannův plyn. Odvození Maxwellova-Boltzmannova zákona rozdělení rychlostí. Výpočet středních hodnot veličin.
12. Velké kanonické rozdělení: odvození, pravděpodobnost realizace mikrostavu, grandkanonická statistická suma, výpočet středních hodnot veličin, souvislost s první větou termodynamickou. Neinteragující kvantový plyn, Boseho-Einsteinovo a Fermiho-Dirackovo rozdělení. - Navazující předměty
- Další komentáře
- Studijní materiály
- Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
- Statistika zápisu (nejnovější)
- Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2024/F6040