The lecture presents detailed discussion of methods and models of general Thermodynamics which are specifically important within the domain of the Condensed Matter Physics. . Equations of state for thermoelastic body, for liquid, and for real gases. Landau theory of phase transitions. Nonequilibrium thermodynamics and response theory. Nonlinear response, dissipative structures. Ideal quantum gases. Ising model, critical exponents, renormalization. Relaxation processes . Theory of Brownian motion.
Last update: T_KMF (23.05.2006)
Přednáška specificky rozšiřuje metody termodynamiky a statistické fyziky s ohledem na studium kondenzovaných a makromolekulárních látek. Konstitutivní vztahy pro termoelastické těleso, kapalinu, reálné plyny, fázové přechody, Landauova teorie fázových přechodů, kritické jevy. Onsagerova teorie, difúze, termoelektrický jev, termomechanický jev, nelineární odezva, prostorové a časové disipativní struktury. Reálné klasické a kvantové plyny, Isingův model, škálování, univerzalita a renormalizace, perkolace. Relaxační dynamika, teorie lineární odezvy, teorie Brownova pohybu.
Syllabus -
Last update: T_KMF (23.05.2006)
The lecture broadens general methods of Thermodynamics and Statistical physics in directions which are specifically important for study of condensed matter systems. As such, it extends the general lecture Thermodynamics and statistical physics OFY031. The topics covered are organized into four chapters of approximatively same extend.
1. Equilibrium thermodynamics: local forms of conservation laws and thermodynamical relations. Constitutive relations for thermoelastic body, for liquids, real gases, dielectric and magnetic systems, their thermodynamical analysis. Phase transitions, two-component systems, examples of phase diagrams. Chemical equilibria. Landau theory of phase transitions, critical phenomena. Negative absolute temperatures.
2. Nonequilibrium thermodynamics: general description of nonequilibrium processes, principle of minimal entropy production, variational principles. Linear response, Onsager theory of kinetic coefficients (diffusion theory, transport phenomena, thermoelectric, thermomechanic and Hall effect). Kinetics of chemical reactions, spatial and temporal dissipative structures.
3. Equilibrium statistical physics: Review and broadening of Gibbs method (T---p ensable). Calculation of partition function. Systems of non-interacting quantum particles (fermions, bosons, advanced applications). Interacting particles (classical and quantum gases, Ising model), microscopic calculation of internal energy and specific heats. Scaling theory, universality, renormalization. Percolation, growth models. Random walks and conformational statistics of macromolecules. Phase transitions, mean field theory, disordered systems.
4. Nonequlibrium statistical physics: Liouville equation for classical and quantum systems, examples of time-resolved dynamics of mixed states (NMR, optical Bloch equations). Boltzmann kinetic equation. Linear response theory (mechanical, dielectric, magnetic response), fluctuation-dissipation theorem, microscopic calculation of response functions and kinetic coefficients, dynamical structure factor. Mesoscopic description and stochastic methods, theory of fluctuations. Pauli rate equation, Ehrenfest model, Langevin equation, Fokker-Planck equation, diffusion theory, Nyquist theorem.
Last update: T_KMF (23.05.2006)
Přednáška specificky rozšiřuje metody termodynamiky a statistické fyziky s ohledem na studium kondenzovaných a makromolekulárních látek. Navazuje na přednášku Termodynamika a Statistická fyzika OFY031. Přednášená látka je rozdělena do čtyř bloků srovnatelného objemu.
1. Rovnovážná termodynamika: lokální formy bilančních rovnic, zákonů zachování a termodynamických zákonů. Konstitutivní vztahy, příklady pro termoelastické těleso, kapalinu, reálné plyny, dielektrika a magnetika. Fázové přechody, termodynamika vícesložkových systémů, příklady fázových diagramů. Landauova teorie, kritické jevy, supravodivost, supratekutost. Záporné absolutní teploty.
2. Nerovnovážná termodynamika: obecný popis nerovnovážných procesů (princip produkce entropie, variační principy). Lineární relaxační procesy. Onsagerova teorie (difúze, termoelektrický jev, termomechanický a mechanokalorický jev, Hallův jev. Nelineární teorie, prostorové a časové disipativní struktury.
3. Rovnovážná statistická fyzika: prohloubení Gibbsovy metody rovnovážných souborů (T---p soubor). Systémy neinteragujících částic, (fermiony, bosony, pokročilejší aplikace), systémy s interakcí (neideální klasické a kvantové plyny, Isingův model), příklady výpočtu statistické sumy a termodynamických veličin. Teorie fluktuací. Škálování, univerzalita a renormalizaci. Perkolace.
Růstové modely. Náhodné procházky a pravděpodobnostní popis makromolekul. Teorie střeního pole, neuspořádané systémy.
4. Nerovnovážná statistická fyzika: klasická a kvantová Liouvilleova rovnice, příklady časového řešení dynamiky smíšených stavů (NMR, Blochovy optické rovnice). Boltzmannova kinetická rovnice, některá řešení. Teorie lineární odezvy (mechanická, dielektrická a magnetická odezva), fluktuačně disipační teorém, příklady výpočtu korelačních funkcí, kinetických koeficientů, dynamického strukturního faktoru. Mezoskopický popis a stochastické metody: Pauliho rovnice, Ehrenfest?v model, Langevinova rovnice, Fokker-Planckova rovnice, teorie Brownova pohyb, Nyquistův teorém.
