UFAF010 Termodynamika a statistická fyzika

Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
zima 2021
Rozsah
3/2/0. 6 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
RNDr. Martin Blaschke, Ph.D. (přednášející)
RNDr. Martin Blaschke, Ph.D. (cvičící)
Garance
prof. Ing. Peter Lichard, DrSc.
Centrum interdisciplinárních studií – Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
Rozvrh
Po 9:45–12:10 404
  • Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
UFAF010/A: St 11:25–13:00 B4, M. Blaschke
Předpoklady
Základní poznatky z mechaniky (včetně teoretické), molekulové fyziky a kvantové mechaniky.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Seznámit posluchače se základními zákony a metodami termodynamiky a statistické fyziky (klasické i kvantové) a jejich aplikováním zejména v astrofyzice a částicové fyzice.
Výstupy z učení
Student by si měl osvojit: základní znalost čtyř termodynamických zákonů a jejich důsledků: neexistence Perpetuí mobile I a II druhu, nedosažitelnosti nulové absolutní teploty, maximální možné účinnosti tepelných motorů. Pochopit význam pojmu entropie a jeho vztahu k informaci. Pochopit a dostatečně ocenit význam a sílu atomické teorie hmoty. Pochopit fázové procesy.
Osnova
  • Základní pojmy a postuláty termodynamiky. Stavové rovnice. Nultý zákon termodynamiky. Vnitřní energie a její změny.

    I. zákon termodynamiky. Tepelné kapacity C_p a C_V a vztah mezi nimi. Mayerův vztah. Práce ideálního plynu při různých vratných dějích. Carnotův cyklus, Carnotova věta, Clausiova rovnice. Termodynamická teplotní stupnice. Pfaffovy formy.

    II. zákon termodynamiky, jeho fyzikální obsah a různé formulace. Entropie. Termodynamické potenciály, Maxwellovy vztahy.

    Komponenty a fáze, fázové diagramy jednokomponentních soustav. Koexistenční křivka, trojný bod, kritický bod. Rovnice Clapeyronova a rovnice z ní odvozené. Gibbsovo fázové pravidlo. Klasifikace fázových přechodů. III. zákon termodynamiky, Nernstova, Simonova a Falkova formulace. Vratné a nevratné děje. Zákon růstu entropie.

    Základní pojmy klasické statistické fyziky. Kanonická invariantnost fázového objemu, Liouvilleův teorém. Ergodická hypotéza. Základní pojmy kvantové statistické fyziky. Operátor a matice hustoty, kvantový Liouvilleův teorém. Mikrokanonický soubor. Boltzmannův vztah pro entropii. Gibbsovo kanonické rozdělení, Maxwellův-Boltzmannův zákon rozdělení rychlosti. Grandkanonické rozdělení. Ideální plyny bosonů a fermionů. Boseho-Einsteinovo a Fermiho-Diracovo rozdělení.
Literatura
    doporučená literatura
  • Kvasnica, J. Statistická fyzika. Academia, Praha, 1998. ISBN 80-200-0676-1. info
  • Čulík F., Noga M. Úvod do štatistickej fyziky a termodynamiky. Alfa, Bratislava, 1993. info
  • Kvasnica, J. Termodynamika. SNTL Praha, 1965. info
    neurčeno
  • Atkins, P., de Paula, L. Fyzikální chemie. Praha, 2013. ISBN 978-80-7080-830-6. info
  • Reif F. Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. McGraw-Hill, 1965. info
Výukové metody
Přednáška, cvičení, průběžné zadávaní a hodnocení úkolů.
Metody hodnocení
Zápočet
Kombinovaná zkouška
Zápočet na základě aktivní účasti na cvičeních a vypracování úkolů. Detailní požadavky sdělí cvičící na úvodním cvičení. Zkouška pozůstává z hlavní písemné a doplňující ústní části.
Informace učitele
Účast studentů na přednáškách je doporučená, na cvičeních povinná.
Studentovi, který se z vážných důvodů nemohl cvičení zúčastnit, může
vyučující určit náhradní způsob splnění studijních povinností.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je zařazen také v obdobích zima 2016, zima 2017, zima 2018, zima 2019, zima 2020, zima 2022, zima 2023.