Termodynamika a statistická fyzika
| Typ studia | navazující magisterské |
|---|---|
| Jazyk výuky | angličtina |
| Kód | 480-4019/02 |
| Zkratka | TSF |
| Název předmětu česky | Termodynamika a statistická fyzika |
| Název předmětu anglicky | Thermodynamics and Statistical Physics |
| Kreditů | 6 |
| Garantující katedra | Katedra fyziky |
| Garant předmětu | doc. RNDr. Dalibor Ciprian, Ph.D. |
Osnova předmětu
1. Základní pojmy termodynamiky, stav termodynamické rovnováhy, první a druhý termodynamický postulát. Vratné a nevratné procesy, kritérium vratnosti procesu.
2. První termodynamický zákon, tepelné kapacity. Druhý termodynamický zákon. Entropie, souvislost entropie s tepelnými kapacitami soustavy.
3. Termodynamické potenciály: vnitřní energie, volná energie, entalpie, Gibbsův potenciál. Gibbsovy – Helmholtzovy rovnice. Závislost termodynamických potenciálů na počtu částic v soustavě. Grandkanonický potenciál. Druhý termodynamický zákon pro nevratné procesy. Podmínky rovnováhy soustavy vyjádřené pomocí termodynamických potenciálů.
4. Pojmy teorie pravděpodobnosti a matematické statistiky ve statistické fyzice. Základní pojmy a ideje statistické fyziky. Mikrostav, makrostav, ensemble soustav. Ergodická hypotéza. Časový vývoj hustoty pravděpodobnosti.
5. Mikrokanonický ensemble. Entropie a termodynamická pravděpodobnost.
6. Kanonický (Gibbsův) ensemble. Rozdělovací funkce, partiční suma (integrál). Vztahy mezi partiční funkcí a termodynamickými veličinami. Maxwellovo – Boltzmannovo rozdělení rychlostí molekul plynu. Klasický a kvantový harmonický oscilátor.
7. Velký kanonický (grandkanonický) ensemble. Grandkanonická partiční funkce. Přechod ke kvantovým statistikám. Fermiovo – Diracovo rozdělení. Boseovo – Einsteinovo rozdělení. Termodynamické vlastnosti souboru fotonů. Termodynamické vlastnosti souboru volných elektronů v kovu.
2. První termodynamický zákon, tepelné kapacity. Druhý termodynamický zákon. Entropie, souvislost entropie s tepelnými kapacitami soustavy.
3. Termodynamické potenciály: vnitřní energie, volná energie, entalpie, Gibbsův potenciál. Gibbsovy – Helmholtzovy rovnice. Závislost termodynamických potenciálů na počtu částic v soustavě. Grandkanonický potenciál. Druhý termodynamický zákon pro nevratné procesy. Podmínky rovnováhy soustavy vyjádřené pomocí termodynamických potenciálů.
4. Pojmy teorie pravděpodobnosti a matematické statistiky ve statistické fyzice. Základní pojmy a ideje statistické fyziky. Mikrostav, makrostav, ensemble soustav. Ergodická hypotéza. Časový vývoj hustoty pravděpodobnosti.
5. Mikrokanonický ensemble. Entropie a termodynamická pravděpodobnost.
6. Kanonický (Gibbsův) ensemble. Rozdělovací funkce, partiční suma (integrál). Vztahy mezi partiční funkcí a termodynamickými veličinami. Maxwellovo – Boltzmannovo rozdělení rychlostí molekul plynu. Klasický a kvantový harmonický oscilátor.
7. Velký kanonický (grandkanonický) ensemble. Grandkanonická partiční funkce. Přechod ke kvantovým statistikám. Fermiovo – Diracovo rozdělení. Boseovo – Einsteinovo rozdělení. Termodynamické vlastnosti souboru fotonů. Termodynamické vlastnosti souboru volných elektronů v kovu.
E-learning
Konzultace prostřednictvím MS Teams
Povinná literatura
OBDRŽÁLEK,J.: Úvod do termodynamiky, molekulové a statistické fyziky, MatfyzPress, 2016, ISBN 978-80-7378-287-0
HARDY, R., J., BINEK, CH.: Thermodynamics and Statistical Mechanics, An Integrated Approach, John Wiley&Sons, USA, 2014, ISBN-13 978-1118501009
SONNTAG, R. E., BORGNAKKE, C., VAN WYLEN, G. J. Fundamentals of Thermodynamics. John Wiley&Sons, USA, 2003, ISBN 0-471-15232-3
HARDY, R., J., BINEK, CH.: Thermodynamics and Statistical Mechanics, An Integrated Approach, John Wiley&Sons, USA, 2014, ISBN-13 978-1118501009
SONNTAG, R. E., BORGNAKKE, C., VAN WYLEN, G. J. Fundamentals of Thermodynamics. John Wiley&Sons, USA, 2003, ISBN 0-471-15232-3
Doporučená literatura
AUBIN C.: Statistical Thermodynamics: An Information Theory Approach, Wiley, 2024,ISBN 978-1394162277
SWENDSEN R. H.: An Introduction to Statistical Mechanics and Thermodynamics, 2ed., Oxford University Press, 2020, ISBN 978-0198853237
SHELL, M., S.: Thermodynamics and Statistical Mechanics, Cambridge University Press, 2015, ISBN-13 978-1107656789
SWENDSEN R. H.: An Introduction to Statistical Mechanics and Thermodynamics, 2ed., Oxford University Press, 2020, ISBN 978-0198853237
SHELL, M., S.: Thermodynamics and Statistical Mechanics, Cambridge University Press, 2015, ISBN-13 978-1107656789