Ana səhifə

Opisy kursów kod kursu: fzp2038 Nazwa kursu: Termodynamika I fizyka statystyczna Język wykładowy: polski Forma kursu Wykład


Yüklə 63.5 Kb.
tarix11.06.2016
ölçüsü63.5 Kb.
Załącznik nr 3 do ZW 1/2007

OPISY KURSÓW



Forma kursu

Wykład

Ćwiczenia

Laboratorium

Projekt

Seminarium

Tygodniowa liczba godzin ZZU *

2

2










Semestralna liczba godzin

ZZU*

30

30










Forma zaliczenia

egzamin

zaliczenie










Punkty ECTS

2

3










Liczba godzin CNPS

60

90












  • Poziom kursu (podstawowy/zaawansowany): zaawansowany

  • Wymagania wstępne: fizyka ogólna, mechanika analityczna, mechanika kwantowa I

  • Imię, nazwisko i tytuł/ stopień prowadzącego: Ryszard Gonczarek, dr hab.

  • Imiona i nazwiska oraz tytuły/stopnie członków zespołu dydaktycznego:

dr Maciej Mulak, dr Mateusz Krzyżosiak

  • Rok: 3 Semestr: V

  • Typ kursu (obowiązkowy/wybieralny): obowiązkowy

  • Cele zajęć (efekty kształcenia):

Rozumienie zależności termodynamicznych, opis zjawisk i procesów na gruncie termodynamiki i fizyki statystycznej, poznanie metod badania i własności podstawowych układów klasycznych i kwantowych

  • Forma nauczania (tradycyjna/zdalna): tradycyjna

  • Krótki opis zawartości całego kursu:

Zasady termodynamiki, funkcje termodynamiczne, parametry makroskopowe i stabilność układu, zagadnienia teorii kinetycznej, równanie Boltrzmanna, całka zderzeń, postulaty mechaniki statystycznej, zespoły statystyczne, sumy statystyczne, termodynamika i równoważność opisów, gazy klasyczne i kwantowe, równanie stanu, średnie liczby cząstek i obsadzeń, gaz Fermiego, paramagnetyzm Pauliego, diamagnetyzm Landaua, fotony, fonony, kondensacja Bosego-Einsteina, nadciekły He4

  • Wykład (podać z dokładnością do 2 godzin):

Zawartość tematyczna poszczególnych godzin wykładowych


Liczba godzin

  1. Prawo zachowania energii, energia wewnętrzna, praca makroskopowa, zasady termodynamiki, parametry ekstensywne i intensywne, entropia, entalpia, energia wewnętrzna, entalpia wewnętrzna, relacje Maxwella, ciepło właściwe

  2. Zagadnienia teorii kinetycznej, funkcja rozkładu, całka zderzeń, twierdzenie Liouville’a, twierdzenie Poincarego, równanie kinetyczne Boltzmanna, rozkład równowagowy, funkcjonał H, twierdzenie H Boltzmanna

  3. Rozwiązania równania Boltzmanna, przybliżenie zerowego i pierwszego rzędu, metoda perturbacyjna a funkcja rozkładu, czas relaksacji, wzór Debye’a

  4. Postulaty klasycznej mechaniki statystycznej, przestrzeń fazowa, zespół statystyczny, gęstość rozkładu, trajektoria fazowa, postulat równego a priori prawdopodobieństwa, wartości średnie, średnia fluktuacja kwadratowa

  5. Zespół mikrokanoniczny, objętość zespołu, definicja entropii – wzór Boltzmanna, uzasadnienie definicji, termodynamiczna temperatura bezwzględna, zerowa zasada termodynamiki, równoważne definicje entropii, własności entropii

  6. Zasada ekwipartycji energii, twierdzenie o wiriale, energia wewnętrzna i pojemność cieplna układu, paradoks Gibbsa, równanie Sackura-Tetrodego, poprawne zliczanie boltzmannowskie

  7. Zespół kanoniczny, gęstość stanów – czynnik Boltzmanna, suma statystyczna, termodynamika układu, energia swobodna, uzasadnienie definicji, fluktuacje energii w zespole kanonicznym, równoważność entropii w zespołach kanonicznym i mikrokanonicznym

  8. Wielki zespół kanoniczny, gęstość rozkładu, termodynamika układu, potencjał chemiczny, aktywność, ciśnienie, wielka suma statystyczna, równanie stanu, średnia liczba cząstek, fluktuacje koncentracji cząstek, rozkład gaussowski fluktuacji, potencjał termodynamiczny

  9. Kwantowa mechanika statystyczna, postulaty równego a priori prawdopodobieństwa i faz przypadkowych, własności układu równowagowego, macierz gęstości i operator gęstości, zespoły mikrokanoniczny, kanoniczny i wielki kanoniczny, związek z termodynamiką, wyznaczanie średnich po zespole, trzecia zasada termodynamiki, wzór Shannona dla entropii

  10. Doskonałe gazy kwantowe, dwa rodzaje statystyk, gaz Bosego, gaz Fermiego i gaz Boltzmanna, reprezentacja liczb obsadzeń, formuły dla sum statystycznych, równanie stanu, średnia liczba cząstek, średnia liczba obsadzeń, układy nie zachowujące liczby cząstek

  11. Doskonały gaz Fermiego, doskonały gaz Bosego, energia wewnętrzna i równanie stanu, wnioski dla gazu Boltzmanna

  12. Doskonały gaz Fermiego, rozwinięcie asymptotyczne metodą Sommerfelda, przypadek wysokich temperatur i małych gęstości, rozwinięcie wirialne, przypadek niskich temperatur i dużych gęstości, energia Fermiego i temperatura Fermiego, rozwinięcie potencjału chemicznego, energia wewnętrzna, ciepło właściwe i ciśnienie gazu Fermiego

  13. Paramagnetyzm Pauliego, suma stanów, rozkład równowagowy, magnetyzacja, przypadek niskich temperatur, magnetyzacja i podatność magnetyczna, przypadek wysokich temperatur, wzór Curie

  14. Doskonały gaz Bosego, fotony, energia wewnętrzna, wzór Plancka, ciepło właściwe, prawo Stefana-Boltzmanna, prawo Wiena

  15. Fonony, model Einsteina, model Debye’a – częstość, długość fali, energia i temperatura, funkcja Debye’a, energia i ciepło właściwe dla wysokich i niskich temperatur, prawo Dulonga-Petita

  16. Kondensacja Bosego-Einsteina, objętość krytyczna i temperatura krytyczna, średnia liczba obsadzeń stanów z p=0 i pozostałych, równanie stanu, równanie Clapeyrona, ciepło utajone – przejście fazowe I rodzaju, energia wewnętrzna i ciepło właściwe, odniesienie do nadciekłego He4, kondensat atomów metali alkalicznych

2


2

1


2

2

2


2


2
3

2
2
2

2
1

1

2





  • Ćwiczenia - zawartość tematyczna:

  • Seminarium - zawartość tematyczna:

Równanie Van der Waalsa i równania stanów gazów rzeczywistych, formy różniczkowe, entropia i strzałka czasu, metoda funkcjonalnych wyznaczników, funkcje i całki fizyki statystycznej, zasady zachowania, równanie Naviera-Stokesa, klasyczny gaz doskonały, termodynamika układu w polu sił zewnętrznych, III zasada termodynamiki i jej konsekwencje, cieplne własności ciał, proces Joule’a – Thomsona, skraplanie gazów, teoria fluktuacji i termodynamicznych procesów nieodwracalnych, relacje Onsagera, zjawiska termoelektryczne, statystyki klasyczne i kwantowe, hipoteza ergodyczna, diamagnetyzm Landaua, zjawisko de Haasa-van Alphena, rozszerzalność cieplna ciał stałych, paramagnetyki, ferromagnetyki, model Isinga, model Heisenberga, normalny i nadpłynny He4, model Tiszy, teoria Landaua, układ dwuskładnikowy, termodynamika przejść fazowych, indeksy krytyczne

  • Laboratorium - zawartość tematyczna:

  • Projekt - zawartość tematyczna:

  • Literatura podstawowa:

K. Huang Mechanika statystyczna

K. Huang Podstawy fizyki statystycznej

A.I. Anselm Podstawy fizyki statystycznej i termodynamiki

K. Zalewski Wykłady z termodynamiki fenomenologicznej

i statystycznej

K. Gumiński Termodynamika

F. Reif Fizyka statystyczna

R.S. Ingarden

A. Jamiołkowski

R. Mrugała Fizyka statystyczna i termodynamika

A.N. Matwiejew Fizyka cząsteczkowa

A. Sukiennicki

A. Zagórski Fizyka ciała stałego

R. Gonczarek Teoria przejść fazowych – wybrane zagadnienia

J. R. Dorfman Wprowadzenie do teorii chaosu w nierównowagowej mechanice statystycznej

J. Klamut

K. Durczewski

J. Sznajd Wstęp do fizyki przejść fazowych

J.J. Binney

N.J. Dowrick

A.J. Fisher

M.E.J. Newman Zjawiska krytyczne

A.H. Morrish Fizyczne podstawy magnetyzmu

R.M. White Kwantowa teoria magnetyzmu

Sz. Szczeniowski Fizyka doświadczalna II – ciepło i fizyka cząsteczkowa


  • Literatura uzupełniająca:

Encyklopedia fizyki

H.A. Engle

M.R. Wehr

J.A. Richards Wstęp do fizyki atomowej

J. Massalski Fizyka dla inżynierów 2 – fizyka współczesna

L.G. Grieczko

W.I. Sugakow

O.F. Tomasiewicz

A.M. Fiedorcienko Zadania z fizyki teoretycznej

H. Ibach


H. Lüth Fizyka ciała stałego

J. Górski

S. Brychczy

T. Czarliński

B. Główczyńska

D. Węglowska

W. Woźniak Wybrane działy matematyki stosowanej


  • Warunki zaliczenia:

Seminarium: przygotowanie w prezentacji PowerPoint i wygłoszenie 2 seminariów

Wykład: opanowanie materiału wykładu oceniane na podstawie testu otwartego dotyczący przekazanych wiadomości



  • - w zależności od systemu studiów

Załącznik nr 4 do ZW 1/2007


DESCRIPTION OF THE COURSES


  • Course code:FZP2038

  • Course title: Thermodynamics and statistical physics

  • Language of the lecturer: polish




Course form

Lecture

Classes

Laboratory

Project

Seminar

Number

of hours/week*

2

2










Number

of hours/semester*

30

30










Form of the course completion

Examination

Credit grade










ECTS credits

2

3










Total Student’s Workload

60

90










  • Level of the course (basic/advanced): advanced

  • Prerequisites: General physics, Analytical mechanics, Quantum mechanics I

  • Name, first name and degree of the lecturer/supervisor:

Gonczarek Ryszard, dr. hab. (D.Sc.)

  • Names, first names and degrees of the team’s members:

Mulak Maciej, dr. (Ph.D.), Krzyżosiak Mateusz, dr. (Ph.D.)

  • Year: 3. Semester: V

  • Type of the course (obligatory/optional): obligatory

  • Aims of the course (effects of the course):

Understanding of thermodynamic relations, description of effects and processes based on thermodynamics and statistical physics, knowledge of methods of investigation and properties of basic classical and quantum systems

  • Form of the teaching (traditional/e-learning): traditional

  • Course description:

Principles of thermodynamics, thermodynamic functions, macroscopic parameters and stability of a system, problems of the kinetic theory, Boltzmann equation, collision integral, statistical mechanics postulates, statistical assemblies, partition functions, thermodynamics and equivalency of descriptions, classical and quantum gases, equation of state, mean numbers of particles and occupation, Fermi gas, Pauli paramagnetism, photons, phonons, Bose-Einstein condensation, superfliud He4

  • Lecture:

Particular lectures contents


Number of hours

  1. Conservation law of energy, internal energy, macroscopic work, laws of thermodynamics, extensive and intensive parameters, entropy, enthalpy, free energy, free enthalpy, Maxwell relations, specific heat

  2. Problems of the kinetic theory, distribution function, collision integral, Liouville theorem, Boltzmann kinetic equation, equilibrium distribution, H-functional, Boltzmann H theorem

  3. Solution of the Boltzmann equation, zero and first order approxima-tion, perturbation method and distribution function, relaxation time, Debye formula

  4. Postulates of classical statistical mechanics, phase space, statistical assembly, density of distribution, phase trajectory, postulate of a priori equal probability, expectation values, mean quadratic fluctuation

  5. Microcanonical assembly, volume of assembly, definition of entropy – the Boltzmann formula, substantiation of the definition, thermodynamic absolute temperature, the zero law of thermodynamics, equivalent definitions of entropy, properties of entropy, the first and the second laws of thermodynamics

  6. Equipartition of energy law, virial theorem, internal energy and heat capacity of system, paradox of Gibbs, Sackur-Tetrode equation, right Boltzmann count

  7. Canonical assembly, density of states – the Boltzmann factor, partition function, thermodynamics of a system, free energy, substantiation of the definition, fluctuations of energy in the canonical assembly, equivalency of entropy in canonical and microcanonical assemblies

  8. Grand canonical assembly, density of distribution, thermodynamics of a system, chemical potential, activity, pressure, grand partition function, equation of state, mean number of particles, fluctuations of particle concentration, Gauss distribution of fluctuation, thermodynamic potential

  9. Quantum statistical mechanics, postulates of a priori equal probability and random phases, properties of equilibrium system, density matrix and density operator, microcanonical, canonical and grand canonical assemblies, connection with thermodynamics, derivation of expectation values, the third thermodynamics law, the Shannon formula for entropy

  10. Ideal quantum gases, two kind of statistics, Bose gas, Fermi gas, and Boltzmann gas, occupation number representation, formulas on partition functions, equation of state, mean particle number, mean occupation number, systems with indeterminate number of particles

  11. Ideal Fermi gas, ideal Bose gas, internal energy and equation of state, conclusions for the Boltzmann gas

  12. Ideal Fermi gas, Sommerfeld method of asymptotic expansion, case of high temperatures and small densities, virial expansion, case of low temperatures and big densities, Fermi energy and Fermi temperature, expansion of chemical potential, internal energy, specific heat and pressure of Fermi gas

  13. Pauli paramagnetism, partition function, equilibrium distribution, magnetization, low temperature case, magnetization and magnetic susceptibility, high temperature case, formula of Curie

  14. Ideal Bose gas, photons, internal energy, Planck formula, specific heat, Stefan-Boltzmann law, Wien law

  15. Phonons, Einstein model, Debye model – frequency, wavelength, energy and temperature, Debye function, energy and specific heat for hugh and low temperatures, Dulong-Petit law

  16. Bose-Einstein condensation, critical volume and critical temperature, mean number of state occupation with p=0 and others, equation of state, Clapeyron equation, heat of transition – the first order phase transition, internal energy and specific heat, reference to superfluid He4, condensate of alkali-metal atoms

2

2



1

2

2



2

2

2


3

2
2


2

2
1


1

2


  • Classes – the contents:

  • Seminars – the contents:

Van der Waalse equation and state equations of real gases, differential forms, entropy and arrow of time, method of functional determinants, functions and integrals of statistical physics, ideal classical gas, thermodynamics of system in external forces field, III law of thermodynamics and its consequences, thermal properties of bodies, Joule-Thomson process, liquefaction, theory of fluctuation and thermodynamic irreversible processes, Onsager relations, thermoelectric effects, classical and quantum statistics, ergodic hypothesis, Landau diamagnetism, de Haas-van Alphen effect, thermal expansion of solid states, paramagnetic and ferromagnetic systems, Ising model, Heisenberg model, normal and superfluid He4, Tisza model, Landau theory, two-component system, thermodynamics of phase transitions, critical exponents

  • Laboratory – the contents:

  • Project – the contents:

  • Basic literature:

K. Huang Statistical mechanics, John Wiley and Sons, Inc., New York 1963

K. Huang Introduction to Statistical physics, 2001 K.H.

A.I. Anselm Podstawy fizyki statystycznej i termodynamiki

K. Zalewski Wykłady z termodynamiki fenomenologicznej

i statystycznej

K. Gumiński Termodynamika

F. Reif Statistical physics, McGraw-Hill Book Company, New York 1967

R.S. Ingarden

A. Jamiołkowski

R. Mrugała Fizyka statystyczna i termodynamika

A.N. Matwiejew Fizyka cząsteczkowa

A. Sukiennicki

A. Zagórski Fizyka ciała stałego

R. Gonczarek Teoria przejść fazowych – wybrane zagadnienia

J. R. Dorfman An Introduction to Chaos In Nonequilibrium Statistical Mechanics, Cambridge Univ. Press

J. Klamut

K. Durczewski

J. Sznajd Wstęp do fizyki przejść fazowych

J.J. Binney

N.J. Dowrick

A.J. Fisher

M.E.J. Newman The theory and critical phenomena. An introduction to the renormalization group, Clarendon Press, Oxford, 1992

A.H. Morrish The Physical Problem sof Magnetism, John Witley and Sons, Inc. 1965

R.M. White Quantum Theory of Magnetism, McGraw-Hill Book Company, 1970

Sz. Szczeniowski Fizyka doświadczalna II – ciepło i fizyka cząsteczkowa


  • Additional literature:

Encyklopedia fizyki

H.A. Engle

M.R. Wehr

J.A. Richards Introduction to Atomic Physics, Addison-Wesley Publishing Company, 1972

J. Massalski Fizyka dla inżynierów 2 – fizyka współczesna

L.G. Grieczko

W.I. Sugakow

O.F. Tomasiewicz

A.M. Fiedorcienko Zadania z fizyki teoretycznej

H. Ibach


H. Lüth Solid-State Physics, An Introduction to Principles of Materials Science, Springer-Verlag, 1995

J. Górski

S. Brychczy

T. Czarliński

B. Główczyńska

D. Węglowska

W. Woźniak Wybrane działy matematyki stosowanej


  • Conditions of the course acceptance/credition:

Seminar: elaboration and presentation 2 seminars prepared in PowerPoint

Lecture: knowledge of problems presented during the lecture, examined by open test concerning these problems



* - depending on a system of studies







Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©kagiz.org 2016
rəhbərliyinə müraciət