PředmětyPředměty(verze: 845)
Předmět, akademický rok 2018/2019
   Přihlásit přes CAS
Termodynamika a statistická fyzika - NAFY009
Anglický název: Thermodynamics and Statistical Physics
Zajišťuje: Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL)
Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
Platnost: od 2018
Semestr: letní
E-Kredity: 6
Rozsah, examinace: letní s.:3/2 Z+Zk [hodiny/týden]
Počet míst: neomezen
Minimální obsazenost: neomezen
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština
Způsob výuky: prezenční
Poznámka: povolen pro zápis po webu
Garant: prof. RNDr. Roman Grill, CSc.
doc. RNDr. Ivo Křivka, CSc.
Ján Šomvársky, CSc.
Anotace -
Poslední úprava: T_KFES (22.04.2009)
Základní pojmy a postuláty termodynamiky (TD), rovnovážné TD systémy, vratné a nevratné procesy. První a druhý zákon TD, entropie a absolutní teplota. Stavové veličiny a stavové rovnice (materiálové vztahy). Termodynamické potenciály. Tepelné stroje. Chemická rovnováha. Fázové přechody. Třetí zákon TD. Základní pojmy statistické fyziky (SF). Statistické soubory, rozdělovací funkce, Boltzmannovo rozdělení. Statistický výpočet termodynamických veličin. Kinetická teorie plynů. Vybrané aplikace.
Cíl předmětu
Poslední úprava: KRIVKA/MFF.CUNI.CZ (18.05.2010)

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

Podmínky zakončení předmětu
Poslední úprava: doc. RNDr. Ivo Křivka, CSc. (11.10.2017)

Zápočet ze cvičení k tomuto předmětu je nutnou podmínkou pro přistoupení ke zkoušce.

Podmínky pro udělení zápočtu:

1) Účast na alespoň 70% cvičení.

2) Zisk alespoň 18 bodů z možných 25 bodů z písemky z termodynamiky.

3) Zisk alespoň 18 bodů z možných 25 bodů z písemky z molekulové fyziky a statistické fyziky.

U každé z těchto dvou písemek má student právo na jeden řádný a dva opravné termíny.

Povaha kontroly splnění podmínek pro udělení zápočtu vylučuje opakování této kontroly, tedy zápočet se opakovat nedá.

Literatura -
Poslední úprava: KRIVKA/MFF.CUNI.CZ (18.05.2010)

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, 1975

R. P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands: Feynmanovy přednášky z fyziky I, Fragment, Praha, 2000

D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: Fyzika, český překlad VUTIUM Brno a Prometheus Praha, 2001

Pro hlubší studium:

J. Kvasnica: Termodynamika, SNTL, Praha, 1965

J. Kvasnica: Statistická fyzika, Academia, Praha, 1983

H. B. Callen: Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics, John Wiley & Sons, 1985

Metody výuky
Poslední úprava: doc. RNDr. Ivo Křivka, CSc. (13.06.2019)

přednáška + cvičení

Požadavky ke zkoušce
Poslední úprava: doc. RNDr. Ivo Křivka, CSc. (12.10.2017)

Zkouška je ústní. Požadavky odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl prezentován na přednášce.

Sylabus -
Poslední úprava: T_KFES (29.04.2016)

Základní pojmy TD.

Termodynamická soustava, stav, stavové veličiny a stavové rovnice, vnitřní a vnější parametry.

Rovnovážný stav, rovnovážný děj.

Vratné a nevratné děje.

Vzájemná tepelná rovnováha.

Teplota a empirická teplota.

Měření teploty.

První termodynamický zákon.

Vnitřní energie a její změny.

Práce. Teplo. Adiabatické procesy.

Diferenciály stavových funkcí, diferenciální formy, podmínky integrability.

Tepelná kapacita.

Měření tepla.

Druhý termodynamický zákon.

Kruhový děj.

Tepelné stroje.

Carnotův cyklus.

Účinnost Carnotova cyklu.

Termodynamická teplotní stupnice.

Clausiova nerovnost.

Entropie.

Aplikace termodynamických zákonů.

Termodynamické potenciály a jejich aplikace.

Legendrovy transformace, fyzikální význam a výpočty potenciálů.

Maxwellovy vztahy.

Ideální a van der Waalsův plyn.

Vztah mezi kalorickou a termickou stavovou rovnicí, termodynamické koeficienty.

Rovnice izotermy, adiabaty, rovnice polytropy.

Změna teploty při rozpínání plynu do vakua, Joulův pokus. Joulův-Thomsonův jev, zkapalňování plynů.

Chemický potenciál, výpočty pro ideální plyn.

Třetí termodynamický zákon a jeho důsledky.

Adiabatická demagnetizace.

Termodynamika vícefázových a vícesložkových systémů.

Fáze, fázové přechody.

Gibbsovo pravidlo fází. Fázový diagram.

Fázový přechod prvního druhu. Clausiova-Clapeyronova rovnice.

Fázový přechod druhého druhu. Ehrenfestovy rovnice.

Skupenské přechody.

Chemická rovnováha.

Kinetická teorie.

Základy statistického popisu.

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.

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 princip.

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, fonony (Einsteinův a Debyeův model).

 
Univerzita Karlova | Informační systém UK