FYBAF0006 Termodynamika a statistická fyzika

Fyzikální ústav v Opavě
zima 2022
Rozsah
3/2/0. 6 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
RNDr. Martin Blaschke, Ph.D. (přednášející)
RNDr. Martin Blaschke, Ph.D. (cvičící)
Garance
RNDr. Martin Blaschke, Ph.D.
Fyzikální ústav v Opavě
Rozvrh
Po 14:15–16:40 B4
  • Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
FYBAF0006/A: St 14:45–16:20 B4, M. Blaschke
Předpoklady
(FAKULTA(FU) && TYP_STUDIA(B))
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 bude po absolvování předmětu schopen: -aplikovat základní termodynamické metody v astrofyzice a částicové fyzice. -bude vybaven příkladem vztahu mezi fenomenologickou a fundamentální vědní disciplínou.
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 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. Grandkanonický soubor. Ideální plyny bosonů a fermionů. Boseho-Einsteinovo a Fermiho-Diracovo rozdělení.
Literatura
  • • Kvasnica, J. Statistická fyzika. Academia, Praha, 1998. ISBN 80-200-0676-1.
  • Reif F. Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. McGraw-Hill, 1965.
  • • Atkins, P., de Paula, L. Fyzikální chemie. Praha, 2013. ISBN 978-80-7080-830-6.
  • Kvasnica, J. Termodynamika. SNTL Praha, 1965.
  • Blaschke, M. Termodynamika a statistická fyzika, skripta, SLU.
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 vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích zima 2020, zima 2021, zima 2023, zima 2024.