Předmět Termodynamika a statistická fyzika (OPT / TSF)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu OPT / TSF - Termodynamika a statistická fyzika, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci (UP).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Obsah

Úvod, základy termodynamiky: Nultý a první zákon termodynamiky, stavové parametry, stavová rovnice, termodynamická rovnováha. Teplo, tepelná kapacita. Vratné a nevratné procesy, druhý termodynamický zákon. Entropie, Carnotův cyklus. Termodynamické procesy s ideálním plynem.Závislost tepelných kapacit na teplotě. Třetí termodynamický zákon.Termodynamické potenciály, volná energie, entalpie, Gibbsův potenciál. Maxwellovy relace. Jouleův-Thomsonův jev. Užití potenciálů při studiu tepelných strojů a procesů.Termodynamika fázových přeměn: Podmínky rovnováhy fází, Clapeyronova-Clausiusova rovnice, Gibbsovo fázové pravidlo, klasifikace fázových přechodů, fázový diagram, van der Waalsova rovnice a kondenzace, povrchové napětí a Laplaceův tlak.Úvod do statistické fyziky: Předmět a úloha statistické fyziky, fázový prostor, Hilbertův prostor, distribuční funkce, matice hustoty, Liouvillova rovnice. Připomenutí základních pojmů z teorie pravděpodobnosti.Statistické soubory: Mikrokanonické, Gibbsovo kanonické a velké kanonické rozdělení, statistika otevřeného systému.Maxwellovo-Boltzmannovo rozdělení. Ekvipartiční teorém a tepelné kapacity, jedno- a dvouatomový ideální plyn. Rozdělení rychlostí molekul ideálního plynu a šířka spektrálních čar. Kvantový popis molekuly plynu jako částice v potenciálové jámě, odvození termodynamických veličin z kvantového popisu. Souvislost mezi kvantovou a klasickou statistickou fyzikou, rozlišitelné a nerozlišitelné částice, Gibbsův paradox.Entropie a její vlastnosti, Maxwellův démon, souvislost mezi termodynamikou a teorií informace.Statistika spinových systémů, paramagnetismus.Statistika systému harmonických oscilátorů, klasický a kvantový model. Záření černého tělesa - Planckův vyzařovací zákon, Stefanův-Boltzmannův zákon, Wienův posunovací zákon, tlak a entropie záření.Tepelné kapacity pevných látek: Dulongův - Petitův zákon, Einsteinův model, Debyeův model krystalu.Kvantová statistika ideálních plynů: Bosony a fermiony, Bose-Einsteinovo a Fermi-Diracovo rozdělení.Ideální fermionový plyn, Fermiho energie, elektronový plyn, Richardsonův-Dushmanův vztah pro termoemisní proud. Vztah mezi hmotností a velikostí bílého trpaslíka.Boseova-Einsteinova kondenzace, kritická teplota. Experimentální realizace Bose-Einsteinova kondenzátu.Základy statistické teorie fluktuací: Fluktuace energie a počtu částic, fluktuace termodynamických veličin.

Získané způsobilosti

Schopnost využívat základních termodynamických zákonitostí při řešení fyzikálních problémů. Schopnost řešit typické problémy z oblasti statistické fyziky.Schopnost získávat poznatky ze současné vědecké literatury a vést o nich diskusi.

Literatura

Feynman, R.P.; Leighton, R. B.; Sands, M. Přednášky z fyziky 1-3. Fragment Praha, 2000. J. Kvasnica. Statistická fyzika, Academia, Praha, 1983 (2. vydání 1998). J. Kvasnica. Termodynamika, SNTL, Praha, 1965. Greiner, W., Neise, L., Stöcker, H.:. Thermodynamics and Statistical Mechanics. Čulík F., Noga M. Úvod do štatistickej fyziky a termodynamiky. Alfa, Bratislava, 1982. Reichl L. E. A modern course in statistical physics. Klvaňa F., Lacina A., Novotný J. Sbírka příkladů ze statistické fyziky. UJEP Brno, 1975. Glazer M., Wark J.. Statistical Mechanics. Kubo, R. Statistical Mechanics. Kubo, R. Thermodynamics. Levič V.G. Úvod do statistické fysiky. Lacina, A. Základy termodynamiky a statistické fyziky.

Požadavky

Známka z předmětu vychází z bodového hodnocení testů psaných v průběhusemestru, závěrečného testu a z hodnocení vystoupení ve cvičeních.Plný počet bodů za semestr je 100, z toho 45 je za závěrečný test, 20 bodů je zaprůběžný test a 35 bodů je za práci ve cvičení.Hodnocení ze cvičení vychází ponejvíce z výsledků desetiminutových testů nakaždém cvičení. Každý z těchto testů bude obsahovat pozměněnou variantuněkterého příkladu, zadaného za domácí úlohu v předchozím cvičení.Součástí hodnocení ze cvičení bude i vystoupení s krátkým (cca 10 min.) referátemo nějakém článku ze zahraničního fyzikálního časopisu (např. Nature, Physics Today,American Journal of Physics a pod.). Téma článku by mělo nějak souviset sestatistickou fyzikou či termodynamikou. O tématu se poté povede krátká diskuse. Za referát lze získat až 5 bodů.Vystoupení s referátem a získání alespoň 25 bodů během semestru (průběžný test plus desetiminutové testy ve cvičeních plus referát) jsou nutnou podmínkou pro získání zápočtu.Známkování:A 91 - 100 bodů B 82 - 90 bodů C 73 - 81 bodů D 64 - 72 bodů E 55 - 63 bodů

Garant

prof. RNDr. Tomáš Opatrný, Dr.

Vyučující

prof. RNDr. Tomáš Opatrný, Dr.Mgr. Hamed Saberi, Ph.D.prof. RNDr. Tomáš Opatrný, Dr.Mgr. Hamed Saberi, Ph.D.