PředmětyPředměty(verze: 901)
Předmět, akademický rok 2021/2022
  
Termodynamika a statistická fyzika - NOFY036
Anglický název: Thermodynamics and Statistical Physics
Zajišťuje: Fyzikální ústav UK (32-FUUK)
Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
Platnost: od 2021
Semestr: zimní
E-Kredity: 6
Rozsah, examinace: zimní s.:3/2 Z+Zk [hodiny/týden]
Počet míst: neomezen
Minimální obsazenost: neomezen
Virtuální mobilita / počet míst: ne
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština, angličtina
Způsob výuky: prezenční
Garant: prof. RNDr. Roman Grill, CSc.
doc. Mgr. František Šanda, Ph.D.
Třída: M Mgr. MOD
M Mgr. MOD > Povinné
Kategorizace předmětu: Fyzika > Předměty obecného základu
Neslučitelnost : NOFY031, NTMF043
Je neslučitelnost pro: NJSF023, NJSF040, NJSF039
Je záměnnost pro: NJSF023
Anotace -
Poslední úprava: prof. RNDr. Marek Procházka, Ph.D. (13.05.2022)
Zkrácená varianta základní přednášky z termodynamiky a statistické fyziky.
Cíl předmětu -
Poslední úprava: GRILL/MFF.CUNI.CZ (08.05.2008)

Cílem předmětu je seznámit studenty se základními pojmy, metodami a výsledky klasické termodynamiky a statistické fyziky.

Podmínky zakončení předmětu -
Poslední úprava: prof. RNDr. Roman Grill, CSc. (13.06.2019)

Aktivní účast na cvičení - referát

Ústní zkouška

Literatura -
Poslední úprava: doc. Mgr. František Šanda, Ph.D. (12.05.2022)

Základní:

J. R. Waldram: The Theory of Thermodynamics (Cambridge University Press, 1991).

Rozšiřující:

J. Kvasnica: Termodynamika (SNTL, Praha 1965).

J. Kvasnica: Statistická fyzika (Academia, Praha, 1998).

M. Noga, F. Čulík: Úvod do štatistickej fyziky a termodynamiky (UK Bratislava, 1978).

M. A. Leontovič: Úvod do thermodynamiky (Academia, Praha, 1957).

F. Reif: Fundamentals of Statistical and Thermal Physics (McGraw-Hill, 1965).

J. Brož, M. Rotter: Příklady z molekulové fyziky a termiky (MFF UK, Praha, 1980).

Metody výuky -
Poslední úprava: GRILL/MFF.CUNI.CZ (08.05.2008)

přednáška + cvičení

Požadavky ke zkoušce -
Poslední úprava: prof. RNDr. Roman Grill, CSc. (13.06.2019)

Zvládnutí látky přednesené na přednášce a procvičované na cvičení.

Sylabus -
Poslední úprava: ()

Metodické základy. Vztah termodynamiky, statistické fyziky a mechaniky, fázový prostor, mikrostavy a makrostavy, statistický soubor, časové a statistické středování, fluktuace, homogenní a heterogenní systémy, stav termodynamické rovnováhy, energie v termodynamických systémech, adiabatické procesy, vratná a dissipativní práce, I. věta termodynamická, II. věta termodynamická.

Základy statistiky. Pravděpodobnostní popis, rozdělovací funkce, hustota stavů, kinetická (řídící, mistrovská) rovnice, ergodická hypotéza, princip detailní rovnováhy.

Teplota. Význam teploty pro velké systémy, tepelná rovnováha, Boltzmannovo rozdělení a význam teploty pro malé systémy, stavová (partiční) suma, záporná absolutní teplota.

Entropie.

Boltzmann-Gibbsova definice, kanonické rozdělení, zákon růstu entropie, konfigurační entropie, vztah mezi entropii a teplem, III. věta termodynamická.

Jednoatomový ideální plyn. Kvantování rychlosti a energie, rozdělení rychlostí, stavová rovnice, tepelná kapacita cV a cp, izotermická, adiabatická a Joulova expanze, neideální plyn.

Klasická termodynamika. Stavové parametry, stavové veličiny, tepelné motory, Carnotův cyklus, termodynamické potenciály, jejich vlastnosti a význam, termodynamické vztahy, parciální derivace, Maxwellovy vztahy, vztahy s cV a cp, elektrický článek.

Klasická statistická mechanika. Klasická limita kvantové teorie, Liouvilleův teorém, matice hustoty, Liouvilleova rovnice, ekvipartiční teorém, fermiony, bosony.

Statistický výpočet termodynamických veličin. Energie, entropie, magnetický moment, tlak, plyn asymetrických dvouatomových molekul, vakance v pevné látce, Gibbsův paradox.

Systémy s proměnným počtem částic. Grandkanonické rozdělení, chemický potenciál, grandkanonická partiční funkce, Fermi-Diracovo rozdělení, Bose-Einsteinovo rozdělení, elektronový plyn, Planckovo rozdělení, Debyeova teorie měrných tepel.

Fázové změny a chemická rovnováha. Klasifikace fázových přechodů, Clausiusova-Clapeyrova rovnice, Ehrenfestovy rovnice, Landauova teorie fázového přechodu, chování v okolí kritické teploty. Rovnováha systému o k-složkách a f-fázích. Gibsovo pravidlo fází. Chemická rovnováha.

Počítačové simulační metody. Mezimolekulární síly, deterministické metody - molekulární dynamika, stochastické metody - metoda Monte Carlo.

 
Univerzita Karlova | Informační systém UK