F1050 Termika a molekulová fyzika

Přírodovědecká fakulta
podzim 2023
Rozsah
2/1/0. 2 kr. (plus 2 za zk). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc. (přednášející)
prof. Mgr. Tomáš Tyc, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Jiří Bartoš, PhD. (cvičící)
Garance
doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc.
Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc.
Dodavatelské pracoviště: Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 14:00–15:50 F1 6/1014
  • Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
F1050/01: Čt 11:00–11:50 F3,03015
F1050/02: Čt 14:00–14:50 F3,03015
F1050/03: St 19:00–19:50 F3,03015
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
  • LACINA, Aleš. Úvod do termodynamiky a statistické fyziky. Vyd. 1. Brno: Rektorát UJEP, 1983, 198 s. info
  • LACINA, Aleš. Základy termodynamiky a statistické fyziky. 1. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1990, 267 s. ISBN 8021001135. 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
Předmět je vyučován každoročně.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2021, podzim 2022, podzim 2024.