Předmět Termodynamika a statistická fyzika (UF / 1U500)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu UF / 1U500 - Termodynamika a statistická fyzika, Filozoficko-přírodovědecká fakulta, Slezská univerzita v Opavě (SU).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Obsah

Výuka předmětu je rozdělena na dvě části. V první se studenti seznámí se základy klasické termodynamiky. Základem je popis savového chování ideálních a reálných plynů, výklad pokračuje formulacemi 1., 2. a 3. věty termodynamické, které jsou výchozím bodem popisu fázových rovnovách. Výklad klasické termodynamiky ukončuje pasáž o kinetické teorii ideálního plynu včetně teorie transportních procesů. Druhá část kurzu je věnována statistické mechanice. V úvodu je ukázáno, jak lze pomocí statistického přístupu odvodit výsledky získané fenomenologickým přístupem klasické termodynamiky. V závěru se studenti seznámí s některými moderními metodami počítačových simulací fyzikálních systémů.Sylabus:Předmět a základní pojmy termodynamiky. Stavové parametry vnitřní a vnější; termodynamická rovnováha, teplota; stavová rovnice; vnitřní energie a její změny; práce, teplo.I. Princip termodynamiky a jeho matematická formulace. Tepelné kapacity a vztahy mezi nimi; enthalpie; adiabatický děj; aplikace obecných vztahů na ideální plyn; absolutní plynová teplota; vratné a nevratné procesy; Carnotův cyklus s ideálním plynem.II. princip termodynamiky a jeho důsledky. Clausiova, Kelvinova, Planckova a Carathéodoryho formulace a jejich ekvivalence; Carnotova věta; matematické vyjádření druhého principu; Clausiova rovnice; entropie; absolutní termodynamická teplota, souvislost s plynovou teplotou; volná energie, Gibbsova funkce; vztahy mezi derivacemi termodynamických veličin; Gibbsovy-Helmholtzovy rovnice; aplikace na fázové přechody; Clausiova-Clapeyronova rovnice; Gibbsovo fázové pravidlo; entropie při nevratných procesech.III. princip termodynamiky. Nernstova-Planckova, Falkova, Simonova formulace, jejich ekvivalence.Základní pojmy statistické fyziky. Fázový prostor; Liouvilleova věta; mikrostavy a makrostavy; distribuční funkce; Liouvilleova rovnice; statistické soubory; ergodická hypotéza; matice hustoty.Statistická rozdělení. Mikrokanonické, kanonické a grandkanonické rozdělení; souvislost statistických a termodynamických veličin; statistická definice entropie; statistická suma; Maxwellova-Boltzmannova statistika; Maxwellovo a Maxwellovo-Boltzmannovo rozdělení.Kvantové statistiky ideálních plynu. Bosony a fermiony; Boseho-Einsteinovo rozdělení; fotonový plyn; kondenzace bozonového plynu; Fermiovo-Diracovo rozdělení; degenerovaný plyn fermionů.

Získané způsobilosti

Studenti se seznámí se základními principy hlavních tepelných jevů a tepelných strojů a základními rozdíly mezi klasickými a kvantovými soustavami.

Literatura

Reif F. Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. McGraw-Hill, 1965. Moore, W. J. Fyzikální chemie. SNTL, Praha, 1981. Čulík F., Noga M. Úvod do štatistickej fyziky a termodynamiky. Alfa, Bratislava, 1993.

Požadavky

Zápočet a zkouška. Zkouška se skládá ze dvou částí, písemné (3 příklady, z toho 2 z termodynamiky a 1 z molekulové teorie tepelných a přenosových jevů anebo statistické fyziky). Pro ústní zkoušku je nutné mít správně vyřešenou aspoň část příkladu z molekulové / statistické fyziky a aspoň část příkladů z termodynamiky). Rovněž ústní zkouška vyžeduje nenulové znalosti v obou částech.

Garant

Doc. RNDr. Emil BĚTÁK, DrSc.

Vyučující

Doc. RNDr. Emil BĚTÁK, DrSc.Mgr. Martin BLASCHKE