Statistična termodinamika

2022/2023
Program:
Univerzitetni študijski program 1. stopnje Fizika
Smer:
Izobraževalna smer
Letnik:
2 letnik
Semester:
prvi ali drugi
Vrsta:
obvezni
ECTS:
5
Jezik:
slovenski
Nosilec predmeta:
Izvajalec (kontaktna oseba):
Ure na teden – 1. ali 2. semester:
Predavanja
2
Seminar
0
Vaje
2
Laboratorij
0
Pogoji za vključitev v delo oz. za opravljanje študijskih obveznosti

Vpis v letnik.

Opravljeni izpiti iz Fizike 1, Fizike 2, Matematike 1 in Matematike 2.

Opravljen izpit iz vaj je pogoj za pristop k izpitu iz teorije.

Vsebina

Termodinamika:
Termodinamične spremenljivke, termodinamično ravnovesje, enačba stanja. Energijski zakon, delo. Entropijski zakon, reverzibilne in ireverzibilne spremembe, toplotni stroji. Entropija čistih snovi. Termodinamični potenciali, Maxwellove relacije. Fazni prehodi. Transportni pojavi.
Statistična fizika:
Fazni prostor, verjetnostna gostota. Mikrokanonična porazdelitev, kanonična porazdelitev, temperatura, povprečna energija, fluktuacije energije, ekviparticijski izrek. Enačba stanja, virialni razvoj. Entropija. Kvantna kanonična porazdelitev. Harmonični oscilator, rotator, dvoatomna molekula. Paramagnetizem, Isingov model, Debyev model. Velekanonična porazdelitev, velepotencial; Fermi-Diracova in Bose-Einsteinova porazdelitev. Elektroni v kovini. Kinetična teorija plinov.

Temeljni literatura in viri

Kuščer in S. Žumer, Toplota. DMFA, Ljubljana, 1987.
W. Greiner, L. Neise in H. Stoecker, Thermodynamics and Statistical Mechanics. Springer, Berlin, 1995.
D. Chandler, Introduction to Modern Statistical Mechanics. Oxford University Press, Oxford, 1987.
D. C. Mattis, Statistical Mechanics Made Simple. World Scientific, Singapore, 2003.
R. Baierlein, Thermal Physics. Cambridge University Press, Cambridge, 1999.
F. Schwabl, Statistical Mechanics. Springer, Berlin, 2002.
C. Hermann, Statistical Physics. Springer, New York, 2005.
L. D. Landau in E. M. Lifshitz, Statistical Physics I. Pergamon, Oxford, 1980.
P. Ziherl in G. Skačej, Rešene naloge iz termodinamike. DMFA, Ljubljana, 2005.
G. Skačej in P. Ziherl, Rešene naloge iz statistične fizike.  DMFA, Ljubljana, 2005.

Cilji in kompetence

Utrditev razumevanja zakonov termodinamike in sistematična vpeljava termodinamičnih potencialov kot krovnega formalizma termodinamike. Vpeljava temeljev ravnovesne statistične fizike kot mikroskopske teorije snovi in polja.

Predvideni študijski rezultati

Znanje in razumevanje:
Razumevanje zakonov termodinamike ter teoretičnih pojmov posplošene sile in odziva, dela, termodinamičnega potenciala. Razumevanje pomena in vloge termodinamičnega opisa sistemov. Obvladovanje metod statistične fizike, razumevanje pojmov faznega prostora in fazne vsote, temperature in kemijskega potenciala.
Uporaba:
Slušatelji se naučijo prepoznati, definirati in reševati računske probleme s področja ravnovesne termodinamike in statistične fizike.
Refleksija:
Predmet omogoča dojemanje dvojnega značaja fizike kot empirične vede, ki nudi fenomenološki opis obnašanja makroskopskih sistemov in ga obenem izpelje iz mikroskopskih interakcij med gradniki snovi.  Skladnost in dopolnjevanje obeh pristopov izpostavljata tudi pomen opisa fizikalnih sistemov na različnih ravneh.
Prenosljive spretnosti - niso vezane le na en predmet:
Mnogi zgledi in problemi termodinamike ter statistične fizike zajemajo več soodvisnih pojavov oziroma so analitično težko rešljivi, zato je pomemben cilj tega predmeta tudi naučiti slušatelje identificirati dominantne in sekundarne elemente nekega pojava ter reševati probleme približno, s čimer poenostavimo analizo.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja, vaje, domače naloge, konzultacije.

Načini ocenjevanja

2 kolokvija namesto izpita iz vaj / izpit iz vaj
Izpit iz teorije
(ocene: 5 (negativno), 6-10 (pozitivno), ob upoštevanju Statuta UL)

Reference nosilca

P. Ziherl and R. D. Kamien, Maximizing entropy by minimizing area: Towards a
new principle of self-organization, J. Phys. Chem. B 105, 10147 (2001).
M. A. Glaser, G. M. Grason, R. D. Kamien, A. Košmrlj, C. D. Santangelo, and P.
Ziherl, Soft spheres make more mesophases, Europhys. Lett. 78, 46004
(2007).
N. Osterman, D. Babić, I. Poberaj, J. Dobnikar, and P. Ziherl, Observation of
condensed phases of quasi-planar core-softened colloids, Phys. Rev. Lett. 99,
248301 (2007).
A. Hočevar and P. Ziherl, Degenerate polygonal tilings in simple animal tissues,
Phys. Rev. E 80, 011904 (2009).
A. Košmrlj, G. J. Pauschenwein, G. Kahl, and P. Ziherl, Continuum theory for
cluster morphologies of soft colloids, J. Phys. Chem. B 115, 7206 (2011).