Termodynamika kondenzovaných soustav - NFPL800

• Anglický název: Thermodynamics of Condensed Matter
• Zajišťuje: Katedra fyziky materiálů (32-KFM)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2023
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 5
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/1, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: angličtina
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: prof. RNDr. Petr Chvosta, CSc.; doc. RNDr. Miroslav Cieslar, CSc.
• Vyučující: doc. RNDr. Miroslav Cieslar, CSc.; prof. RNDr. Petr Chvosta, CSc.; RNDr. František Slanina, CSc.; prof. RNDr. Vladimír Šíma, CSc.

Anotace

čeština

Rovnovážná termodynamika: lokální formy bilančních rovnic, zákonů zachování a termodynamických zákonů. Nerovnovážná termodynamika: obecný popis nerovnovážných procesů. Rovnovážná statistická fyzika: prohloubení Gibbsovy metody rovnovážných souborů (T---p soubor). Systémy neinteragujících částic, systémy s interakcí (neideální klasické a kvantové plyny, Isingův model), teorie fluktuací. Nerovnovážná statistická fyzika: klasická a kvantová Liouvilleova rovnice, Boltzmannova kinetická rovnice. Teorie lineární odezvy. Fázová rovnováha, podmínky stability. Termodynamika roztoku.

Poslední úprava: T_KFES (12.05.2015)

angličtina

The course is taught in two parallel classes by specialty. 1. Equilibrium thermodynamics. 2. Non-equilibrium thermodynamics, general description. 3. Equilibrium statistical physics. Systems of non-interacting and interacting particles. 4. Non-equilibrium statistical physics. 5. Phase equilibrium, stability conditions. 6. Thermodynamics of mixed phases. 7. Phase diagrams (binary, ternary). 8. Statistical models using interactions of nearest neighbors. Short and long range ordering.

Poslední úprava: Pešička Josef, doc. RNDr., CSc. (31.03.2015)

Podmínky zakončení předmětu

čeština

podmínkou zakončení předmětu je získání zápočtu a složení ústní zkoušky

Poslední úprava: Šíma Vladimír, prof. RNDr., CSc. (06.10.2017)

angličtina

The condition for completion of the course is obtaining credit and passing an oral exam.

Poslední úprava: Šíma Vladimír, prof. RNDr., CSc. (10.06.2019)

Literatura

van Kampen, N. G.: Stochastic Processes in Physics and Chemistry. North-Holland, Amsterdam, (1992).

Gardiner, C. W.: Handbook of Stochastic Methods for Physics, Chemistry and the Natural Sciences, Springer, Berlin (1991).

Risken, H.: The Fokker-Planck Equation, Springer, Berlin (1989).

Sprušil, B.: Termodynamika pevných látek, skripta UK Praha 1982, II. vydání.

Haasen, P.: Physical Metallurgy, Cambridge University Press 2nd Edition 1986.

Hillert, M.: Phase Equilibria, Phase Diagrams and Phase Transformations, Cambridge University Press 1998.

Porter, D. A., Easterling, K. E.: Phase Transformations in Metals and Alloys, CRC Press, 2nd Edition 2001.

Poslední úprava: Pešička Josef, doc. RNDr., CSc. (25.04.2014)

Metody výuky

čeština

přednáška + cvičení

Poslední úprava: Šíma Vladimír, prof. RNDr., CSc. (06.10.2017)

angličtina

lecture + exercise

Poslední úprava: Šíma Vladimír, prof. RNDr., CSc. (10.06.2019)

Požadavky ke zkoušce

čeština

• podmínkou pro konání zkoušky je získání zápočtu

• podmínkou získání zápočtu je aktivní účast na výuce a úspěšné absolvování testů

• zkouška je ústní, rozsah požadovaných znalostí odpovídá sylabu přednášky v rozsahu prezentovaném na přednášce

Poslední úprava: Šíma Vladimír, prof. RNDr., CSc. (06.10.2017)

angličtina

• the condition for the examination is obtaining credit

• the condition for obtaining the credit is active participation in the lessons and successful completion of the tests

• the exam is oral one, the extent of the required knowledge corresponds to the syllabus of the lecture in the extent presented at the lecture

Poslední úprava: Šíma Vladimír, prof. RNDr., CSc. (10.06.2019)

Sylabus

čeština

1. Rovnovážná termodynamika: lokální formy bilančních rovnic, zákonů zachování a termodynamických zákonů.

2. Nerovnovážná termodynamika: obecný popis nerovnovážných procesů (princip produkce entropie, variační principy). .

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

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).

5. Fázová rovnováha, podmínky stability

6. Termodynamika roztoku. Volná entalpie. Chemický potenciál.

7. Fázové diagramy, model párových vazeb pro regulární roztoky, dvousložkové fázové diagramy.

8. Difúze v pevných látkách.

9. Tuhé roztoky.

Předmět je vyučován ve dvou paralelkách., z nichž jedna je více zaměřená na termodynamiku materiálů (5-9) a je doporučena pro specializaci Fyzika materiálů. Studenti si ale vybírají zejména dle zaměření své diplomové práce.

Literatura

van Kampen, N. G.: Stochastic Processes in Physics and Chemistry. North-Holland, Amsterdam, (1992). Gardiner, C. W.: Handbook of Stochastic Methods for Physics, Chemistry and the Natural Sciences, Springer, Berlin (1991).

Risken, H.: The Fokker-Planck Equation, Springer, Berlin (1989).

Poslední úprava: T_KFES (12.05.2015)

angličtina

1. Equilibrium thermodynamics: local forms of conservation laws and thermodynamical relations. Constitutive relations. Landau theory of phase transitions, critical phenomena. Negative absolute temperatures.

2. Non-equilibrium thermodynamics: general description of non-equilibrium processes, principle of minimal entropy production, variational principles. Onsager theory of kinetic coefficients. Spatial and temporal dissipative structures.

3. Equilibrium statistical physics: broadening of Gibbs method (T---p ensable). Systems of non-interacting quantum particles (fermions, bosons, advanced applications). Interacting particles (classical and quantum gases, Ising model). Theory of fluctuations. Scaling theory, universality, renormalization. Mean field theory, disordered systems.

4. Non-equlibrium statistical physics: Liouville equation for classical and quantum systems. Boltzmann kinetic equation. Linear response theory, fluctuation-dissipation theorem. Mesoscopic description and stochastic methods.

5., 6. Phase equilibrium, stability conditions in the multicomponent system. Thermodynamics of solutions. Free enthalpy. Chemical potential. Common-tangent construction. Gibbs-Duhem relation. Partial quantities. Activity. Ideal, regular and real solid solutions. Quantities of mixing.

7. Binary phase diagrams. Total solubility. Limited solubility, eutectic diagram, peritectic diagram. Short-range order. Long-range order. Intermediate phases. Ternary phase diagrams. Solidification of alloys, purification of materials, segregation processes. Transformations in solid state: diffusional and non-diffusional.

8. Statistical models using interactions of nearest neighbors (for regular solid solutions, for short range order and long range order, configurational free energy of compounds).

Poslední úprava: Šíma Vladimír, prof. RNDr., CSc. (13.01.2025)