Předmět Termodynamika a statistická fyzika (NAFY009)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu NAFY009 - Termodynamika a statistická fyzika, Matematicko-fyzikální fakulta, Univerzita Karlova v Praze (UK).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Cíl

Přednáška propojuje elementární partie fenomenologické termodynamiky a statistické fyziky se souvisejícími oblastmi kinetické teorie plynů a molekulové fyziky.

Sylabus

Základní pojmy TD. Termodynamická soustava, stav, stavové veličiny a stavové rovnice (materiálové vztahy). Rovnovážný stav, rovnovážný děj. První postulát TD (přechod do rovnovážného stavu). Vratné a nevratné děje, potřebný matematický aparát (funkce více proměnných, implicitní funkce, parciální derivace, totální diferenciál). První termodynamický zákon. Druhý postulát TD (jediný vnitřní parametr). Vnitřní energie a její změny. Práce. Teplo. Adiabatické procesy. Vzájemná tepelná rovnováha. Teplota a empirická teplota. Měření teploty. Tepelná kapacita. Měření tepla. Druhý termodynamický zákon. Termodynamická teplotní stupnice. Entropie, absolutní teplota. Kruhový děj. Carnotův cyklus. Tepelné stroje.Aplikace termodynamických zákonů. Termodynamické potenciály. Podmínky rovnováhy a stability. Maxwellovy vztahy a jejich aplikace. Ideální a neideální plyn. Vztah mezi kalorickou a termickou stavovou rovnicí, tepelné kapacity. Rovnice izotermy, adiabaty, rovnice polytropy. Změna teploty při rozpínání plynu do vakua, Joulův pokus. Joulův - Thomsonův jev, zkapalňování plynů.Třetí termodynamický zákon a jeho důsledky. Kinetická teorie. Molekulární chaos, Brownův pohyb. Maxwellovo rozdělení částic podle velikosti rychlostí. Ekvipartiční teorém. Mikroskopická interpretace tlaku a teploty. Střední charakteristiky pohybu molekul (střední rychlost, střední volná dráha, střední počet srážek). Transportní jevy v plynech (difúze, vnitřní tření, tepelná vodivost). Van der Waalsovy síly. Stavová rovnice a vnitřní energie ideálního a reálného plynu. Termodynamika vícefázových a vícesložkových systémů. Fázové přechody. Fáze, fázový přechod prvního a druhého druhu. Gibbsovo pravidlo fází. Clausiova - Clapeyronova rovnice. Sytá a přehřátá pára. Výklad varu. Fázový diagram. Chemická rovnováha.Základní pojmy SF. Popis stavu systému velkého počtu částic v klasické SF. Mikrostav a makrostav. Konfigurační, impulsový a fázový prostor. Zavedení statistického souboru. Rozdělovací funkce. Časová střední hodnota fyzikální veličiny a střední hodnota přes systémy souboru. Ergodický problém. Důsledky kvantové mechaniky a přechod od klasické ke kvantové SF. Stavová suma (partiční funkce) a vyjádření volné energie a vnitřní energie systému. Statistická definice entropie.Statistické soubory: Mikrokanonický, kanonický a grandkanonický.Statistická rozdělení: Fermi-Diracovo, Bose-Einsteinovo a Maxwell-Boltzmannovo. Fermiony a bosony. Statistické výpočty: Fotonový plyn a Planckův vyzařovací zákon. Tepelná kapacita krystalu (Einsteinův a Debyevův model).

Literatura

R. Bakule, E. Svoboda : Molekulová fyzika, Academia, Praha, 1992 J. Obdržálek, A. Vaněk: Termodynamika a molekulová fyzika, skriptum, PF Ústí n.L., 2000 A. Beiser: Úvod do moderní fyziky, Academia, Praha, 1975R. P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands: Feynmanovy přednášky z fyziky I, Fragment, Praha, 2000D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: Fyzika, český překlad VUTIUM Brno a Prometheus Praha, 2001Pro hlubší studium:J. Kvasnica: Termodynamika, SNTL, Praha, 1965 J. Kvasnica: Statistická fyzika, Academia, Praha, 1983H. B. Callen: Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics, John Wiley & Sons, 1985

Garant

prof. RNDr. Roman Grill, CSc.doc. RNDr. Ivo Křivka, CSc.Ján Šomvársky, CSc.