F1050 Termika a molekulová fyzika

Přírodovědecká fakulta
podzim 2018
Rozsah
2/1/0. 2 kr. (plus 2 za zk). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc. (přednášející)
Mgr. Michael Krbek, Ph.D. (pomocník)
prof. RNDr. Jana Musilová, CSc. (pomocník)
Garance
prof. RNDr. Jana Musilová, CSc.
Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 17. 9. až Pá 14. 12. Po 15:00–16:50 F2 6/2012
  • Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
F1050/01: Po 17. 9. až Pá 14. 12. St 9:00–9:50 F1 6/1014
F1050/02: Po 17. 9. až Pá 14. 12. Po 14:00–14:50 F1 6/1014
Předpoklady
Zvládnutí problematiky předmětu Termika a molekulová fyzika na úrovni požadavků maturitní zkoušky z fyziky.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
Úvodní seznámení se základními pojmy a představami makroskopického (termodynamického) a mikroskopického (molekulárně-kinetického) popisu fyzikálních vlastností látek. Vysvětlení vzájemné souvislosti obou přístupů a jejich průběžná ilustrace na konkrétních příkladech (zejména na modelu ideálního plynu).
Výstupy z učení
Absolvent kurzu by měl být schopen charakterizovat makroskopický a mikroskopický přístup ke studiu makroskopických systémů, uvést a vysvětlit jejich základní pojmy a představy i jejich vzájemnou souvislost. Tento teoretický aparát by měl být schopen ilustrovat na popisu dějů probíhajících v jednoduchých makroskopických systémech a s porozuměním jej využít při výpočtu jejich různých fyzikálních charakteristik.
Osnova
  • A. MAKROSKOPICKÝ/TERMODYNAMICKÝ POPIS MAKROSKOPICKÝCH SYSTÉMŮ
  • 1.Základní pojmy termodynamiky: • Makroskopické/termodynamické systémy, stavy, procesy, veličiny • Termodynamická rovnováha (0. termodynamický zákon), rovnovážné stavy a děje • Stavové rovnice
  • 2.Vnitřní energie makroskopického systému a její změny: • Práce konaná makroskopickým systémem • Tepelná výměna mezi systémem a jeho okolím (I. termodynamický zákon) • Klasifikace systémů podle způsobu jejich interakce s okolím
  • 3.Teplota a její měření: • Studovaný systém a jeho teploměr • Obecný způsob zavedení konvenční teplotní stupnice • Kapalinový a plynový teploměr
  • 4.Některé významné termodynamické procesy: • Izochorický, izobarický, izotermický a adiabatický proces; volná expanze (plynu do vakua), děje složené - ilustrace na ideálním plynu • Tepelné kapacity termodynamického systému, kalorimetrie • Cyklické děje a jejich účinnost
  • 5.Kriterium realizovatelnosti termodynamických procesů: • II. termodynamický zákon - jeho různé slovní formulace a fyzikální obsah • Entropie a termodynamická teplotní stupnice • Tepelné stroje
  • B. MIKROSKOPICKÝ/MOLEKULÁRNĚ-KINETICKÝ POPIS MAKROSKOPICKÝCH SYSTÉMŮ
  • 6.Základní pojmy a představy kinetické teorie: • Mikroskopický stav (vs makroskopický stav), termodynamická váha makroskopického stavu • Fázový prostor • (Čistě) mechanický popis makroskopického systému a jeho popis statistický
  • 7.Ilustrace statistického popisu makroskopického systému na případu ideálního plynu: • Základy kinetické teorie plynů • Termodynamická rovnováha z mikroskopického hlediska, fluktuace • Mikroskopická interpretace termodynamických veličin (vnitřní energie, tlak, teplota)
  • 8.Boltzmannovo rozdělení: • Barometrická formule • Prostorové rozložení molekul ideálního plynu nacházejícího se v různých vnějších podmínkách • Zemská atmosféra
  • 9.Maxwellovo rozdělení: • Rozdělení molekul ideálního plynu podle složek jejich rychlosti • Rozdělení molekul ideálního plynu podle velikosti jejich rychlosti a velikosti jejich kinetické energie • Odvození stavových rovnic ideálního plynu
  • 10.Materiálové charakteristiky látek a jejich mikroskopická interpretace: • Tepelné kapacity • Střední volná dráha • Základní informace o přenosových jevech
Literatura
  • OREAR, Jay. Základy fyziky. 1. vyd. Bratislava: Alfa, 1977, 550 s. info
  • VEIS, Štefan, Ján MAĎAR a Viktor MARTIŠOVITŠ. Všeobecná fyzika. 1. vyd. Bratislava: Alfa, 1978, 471 s. info
  • HALLIDAY D., RESNICK R. a WALKER J. Fyzika. 2. vyd. Brno: Vutium, 2013. 1. info
  • FEYNMAN, Richard Phillips, Robert B. LEIGHTON a Matthew L. SANDS. Feynmanovy přednášky z fyziky s řešenými příklady. 1. vyd. Praha: Fragment, 2000, 732 s. ISBN 9788072004058. info
  • OBDRŽÁLEK, Jan a Alois VANĚK. Termodynamika a molekulová fyzika. Vyd. 1. Ústí nad Labem: Pedagogická fakulta UJEP v Ústí nad Labem, 1996, 223 s. ISBN 8070441348. info
  • ZAJAC R. a PIŠÚT J. Štatistická fyzika. Bratislava: Univerzita Komenského, 1995. info
  • BAIERLEIN, Ralph. Thermal physics. 1st publ. Cambridge: Cambridge University Press, 1999, xiii, 442. ISBN 9780521658386. info
Výukové metody
přednáška + seminárně-výpočtové cvičení
Metody hodnocení
dvě písemné kontrolní práce v průběho semestru;
zkouška - písemná a ústní
Informace učitele
Přístup ke zkoušce je pro posluchače prezenčního studia podmíněn splněním požadavků stanovených pro cvičení:
1. Aktivní účast (min 75%].
2. Alespoň 60% úspěšnost na dvou písemkách v průběhu semestru.
Podmínky pro podání přihlášky ke zkoušce pro frekventanty kombinovaného studia:
1. Absolvování tří konzultací během semestru, v rámci nichž bude probrána logická struktura předmětu, okomentováno její zpracování ve studijní literatuře a zadány požadavky pro samostatnou práci nahrazující cvičení (pokud je student neabsolvuje prezenčně spolu s posluchači denního studia).
2. Úspěšné absolvování dvou prezenčních kontrolních písemných prací shrnujících přibližně první třetinu, resp. první dvě třetiny sylabu předmětu.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2019, podzim 2020, podzim 2021, podzim 2022, podzim 2023, podzim 2024.