F6082 Termodynamika a statistická fyzika

Přírodovědecká fakulta
jaro 2021
Rozsah
2/1/0. 4 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc. (přednášející)
doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc. (cvičící)
Garance
doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc.
Ústav teoretické fyziky a astrofyziky - Fyzikální sekce - Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav teoretické fyziky a astrofyziky - Fyzikální sekce - Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 1. 3. až Pá 14. 5. Út 11:00–12:50 F3,03015
  • Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
F6082/01: Po 1. 3. až Pá 14. 5. Čt 10:00–10:50 F2,02012
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
Předmět je základním vysokoškolským kurzem termodynamiky a statistické fyziky. Na rozdíl od elementů těchto disciplin probíraných v kurzu Obecné fyziky (předmět Mechanika a molekulová fyzika, resp. Termika a molekulová fyzika) je založen ve svých obou částech na obecnějším gibbsovském přístupu - v části věnované termodynamice spočívá na metodě termodynamických potenciálů, výklad statistické fyziky vychází z obecné formulace kanonických rozdělení - což posléze umožňuje obě části spojit do integrované metody statistické termodynamiky. Předmět je koncipován především s ohledem na budoucí učitele fyziky: hlavní důraz klade na důkladné objasnění základních pojmů, představ a idejí termodynamiky a statistické fyziky; diskutuje nejen jejich vzájemné, ale i širší - fyzikálně-historické - souvislosti; analyzuje široký okruh aplikací vztahujících se zejména ke každodenní zkušenosti; uvádí různé možnosti výkladu a upozorňuje na možnosti a úskalí jejich elementarizace na středoškolskou úroveň.
Výstupy z učení
Na konci tohoto kurzu by student měl: chápat a být schopen vysvětlit základní pojmy a ideje termodynamiky a statistické fyziky; pochopit a být schopen objasnit jejich vzájemné i širší souvislosti; být schopen analyzovat a řešit aplikační problémy.
Osnova
  • A. TERMODYNAMIKA
  • 1. Základní pojmy a představy termodynamiky (makroskopický stav termodynamického systému, stavové parametry, nultá, první a druhá věta termodynamiky).
  • 2. Rovnovážná termodynamika (teplota, stavové rovnice, tepelná kapacita, entropie, základní rovnice termodynamiky a její důsledky, termodynamické potenciály, třetí věta termodynamiky).
  • 3. Elementy nerovnovážné termodynamiky (nevratné procesy, relaxace termodynamických systémů, podmínky rovnováhy, fázová rovnováha, fázové přechody).
  • B. STATISTICKÁ FYZIKA
  • 4. Základní pojmy a představy statistické fyziky (mikroskopický stav systému, fázový prostor, časové středování, statistické středování, ergodická hypotéza, fluktuace).
  • 5. Kanonická rozdělení (funkce statistického rozdělení jako integrál pohybu, mikrokanonické, kanonické a velké kanonické rozdělení, termodynamická ekvivalence kanonických rozdělení).
  • 6. Aplikace kanonických rozdělení na klasické systémy (Maxwellovo, Boltzmannovo a Maxwellovo-Boltzmannovo rozdělení, ideální plyn v různých vnějších podmínkách, ekvipartiční teorém a jeho aplikace, klasická teorie tepelných kapacit).
  • 7. Statistická interpretace termodynamiky (funkce statistického rozdělení a entropie, statistická suma a její fyzikální význam, metoda statistické termodynamiky, statistický výpočet základních termodynamických veličin ideálního plynu, statistická interpretace entropie a teploty, statistická interpretace základních termodynamických postulátů).
  • 8. Statistiky a jejich aplikace (kvantový ideální plyn, Boseho-Einsteinova, Fermiho-Diracova a Boltzmannova statistika).
Literatura
  • LACINA, Aleš. Základy termodynamiky a statistické fyziky. 1. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1990. 267 s. ISBN 8021001135. info
  • LEONTOVIČ, M. A. Úvod do thermodynamiky. 1. vyd. Praha: Nakladatelství Československé akademie věd, 1957. 191 s. info
  • KUBO, Ryogo. Termodinamika : sovremennyj kurs s zadačami i rešenijami. Moskva: Mir, 1970. 304 s. info
  • KUBO, Ryogo. Statističeskaja mechanika : sovremennyj kurs s zadačami i rešenijami. Moskva: Mir, 1967. 452 s. info
  • KITTEL, Charles a Herbert KROEMER. Thermal Physics. 2nd ed. New York: W.H. Freeman, 1980. 473 s. ISBN 0-7167-1088-9. info
  • REIF, Frederick. Statistical Physics [Reif, 1967]. New York: McGraw-Hill Book Company, 1967. xxi, 398 s. info
  • BAIERLEIN, Ralph. Thermal physics. 1st publ. Cambridge: Cambridge University Press, 1999. xiii, 442. ISBN 9780521658386. info
  • OBDRŽÁLEK, Jan. Úvod do termodynamiky, molekulové a statistické fyziky. Vydání první. Praha: Matfyzpress, 2015. 333 stran. ISBN 9788073782870. info
  • ZAJAC R. a PIŠÚT J. Štatistická fyzika. Bratislava: Univerzita Komenského, 1995. info
  • KLVAŇA, František, Aleš LACINA a J. NOVOTNÝ. Sbírka příkladů ze statistické fyziky. 1. vyd. Brno: Rektorát UJEP, 1974. 169 s. info
Výukové metody
Přednáška a cvičení.
Metody hodnocení
Zkouška: písemná a ústní.
Informace učitele
Přístup ke zkoušce je pro posluchače denního studia podmíněn splněním požadavků stanovených ve cvičení:
1. Aktivní účast (max. 2 neúčasti).
2. Alespoň 60% úspěšnost na písemce ohlášené dva týdny předem (možnost dvou opravných termínů).
Podmínky pro podání přihlášky ke zkoušce pro studenty kombinovaného studia:
1. Absolvování tří konzultací během semestru, v rámci nichž bude probrána logická struktura discipliny, okomentováno její zpracování v doporučené 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 jaro 2012 - akreditace, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019, jaro 2020, jaro 2022.
  • Statistika zápisu (nejnovější)
  • Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/jaro2021/F6082