Termodynamika z elementami fizyki statystycznej

fizyka

w sali

Układ termodynamiczny, temperatura empiryczna, własności (rozszerzalność, wł. elektryczne, promieniowanie), ciśnienie, pływanie. Równanie stanu, gaz doskonały, gazy rzeczywiste, fazy.

Procesy odwracalne i nieodwracalne, praca i ciepło, pierwsza zasada, ciepła molowe, ciepła przemian, wymiana ciepła, energia wewnętrzna, g. doskonały - obraz mikroskopowy.

Druga zasada i entropia.

Cykl Carnota i maszyny cieplne, temperatura termodynamiczna, podstawowe równanie termodynamiki.

Opis statystyczny, entropia , rozkłady mikrostanów w układzie oscylatorów , rozkład Boltzmanna.

Suma statystyczna. Paramagnetyk, model Einsteina c. stałego.

Cz. rozróżnialne i nierozróżnialne, gaz doskonały: entropia i rozkład prędkości Maxwella. Ekwipartycja energii.

Potencjały termodynamiczne, fazy, napięcie powierzchniowe i włoskowatość.

Niskie temperatury, trzecia zasada.

Statystyki kwantowe, [gaz fotonowy].

Zagadnienia transportu, paradoksy termodynamiczne, [entropia a informacja].

1. Informacja o wykadzie, termodynamika klasyczna a fizyka statystyczna, ziarnista budowa materii; układ termodynamiczny, równowaga termodynamiczna, zerowa zasada termodynamiki, dochodzenie do równowagi termicznej; temperatura empiryczna, pomiary temperatury, termometry, skala Fahrenheita, Celsjusza i Kelvina, jednostki SI.
2. Własności cieplne: rozszerzalność cieplna cieczy i ciał stałych, własności elektryczne, promieniowanie cieplne (pr. Kirchhoffa, I pr. Wiena, rozkład Plancka, pr. Stefana-Boltzmanna); ciśnienie, równanie r. hydrostatycznej, pływanie, wzór barometryczny, ściśliwość.
3. Równanie stanu gazu doskonałego, gazy rzeczywiste, rozwinięcia wirialne; równania stanu v.d.Waalsa, parametry krytyczne, powierzchnie stanów substancji rzeczywistych; inne układy termodynamiczne (nie p-V), pryzkłady: drut, powierzchnie, ogniwo Daniella, paramagnetyk.
4. Praca, procesy kwazistatyczne, przemiany odwracalne i nieodwracalne; pierwsza zasada termodynamiki dla procesów adiabatycznych, energia wewnętrzna, doświadczenie Joule'a; ciepło i pierwsza zasada termodynamiki; przekazywanie ciepła, ciepła molowe, gaz doskonały - adiabata, Cp/CV.
5. Ciepła przemian fazowych; model mikroskopowy gazu doskonałego, rozkład Maxwella (1); ciepło↔praca, kierunek przepływu ciepła; sformułowania drugiej zasady termodynamiki (Kelvina, Clausiusa, entropowe); entropia jako funkcja stanu – g. doskonały, [uogólnienie - dodatek nieobowiązkowy]; [sf. Caratheodory'ego].
6. Maszyny cieplne; dyskusja sformułowań Kelvina i Clausiusa; cykl Carnota i silnik o maksymalnej sprawności, silnik Stirlinga; temperatura termodynamiczna (w oparciu o cykl Carnota).
7. Silniki spalinowe; nierówność Clausiusa i entropia; przykłady: cegła→jezioro , proces Joule’a; podstawowe równanie termodynamiki; co wynika z pojęcia entropii, temperatura termodynamiczna (w oparciu o entropię i en. wewn.), ciśnienie termodynamiczne, potencjał chemiczny.
8. Wprowadzenie do fizyki statystycznej, układy oscylatorów, model Einsteina ciała stałęgo, liczenie mikrostanów, postulat Boltzmanna.
9. Rozkład Boltzmanna, znaczenie parametru beta.
10. Cząstka w kontakcie z termostatem, entropia Gibbsa, suma statystyczna - cząstki rozróżnialne, degeneracja; przykład: paramagnetyk i model Einsteina c. stałego (cd).
11. Cząstki nierozróżnialne, liczenie obsadzeń, gaz doskonały - suma statystyczna, entropia, rozkład Maxwella (2) ekwipartycja, ciepła molowe (cd), [gaz doskonały dwuatomowy].
12. Potencjały termodynamiczne H,F,G; silnik parowy, równowaga faz, [konstrukcja Maxwella], klasyfikacja przejść fazowych.
13. Napięcie powierzchniowe i włoskowatość; niskie temperatury, efekt Joule'a- Thomsona; III zasada.
14. Statystyki kwanotwe: bozony i fermiony, [gaz fotonowy]; wybrane paradoksy temodynamiczne; równanie transportu ciapła; liczba Avogadra; [entropia a informacja].

M. Kamińska, A. Witowski, J. Ginter , Wstęp do termodynamiki fenomenologicznej, Wyd. UW

A.K. Wróblewski i J. Zakrzewski, Wstęp do Fizyki (t.1 rozdz. VII, t. 2 cz. 1 rozdz. VI), PWN 

F. Reif, Fizyka Statystyczna (BKF t.5)

A. M. Steane, Thermodynamics: A complete undergraduate course

A. Rex, Finn's thermal physics

Pozycje rozszerzające (stare ale bardzo, bardzo dobre podręczniki typu „klasyk klasyków”, interesujące):

M.W. Zemansky (& R.H. Dittman), Heat and Thermodynamics

C.J. Adkins, Equilibrium Thermodynamics

A.B. Pippard, Elements of Classical Thermodynamics

T. Guenault, Statistical Physics

L. K. Nash, Elements of Statistical Thermodynamics

I. Ford, Statistical Physics - An Entropic Approach

A. M. Glazer, Statistical Mechanics: A Survival Guide

H. B. Callen, Thermodynamics and an introduction to thermostatistics

K. Rejmer, Ciepło-Zimno czyli termodynamika fenomenologiczna

D.V. Schroeder, An Introduction to Thermal Physics

Po zakończeniu przedmiotu student:

WIEDZA

1. zna najważniejsze zagadnienia termodynamiki fenomenologicznej;

2. zna najważniejsze zagadnienia fizyki statystycznej.

UMIEJĘTNOŚCI

1. umie opisać i wyjaśnić zjawiska fizyczne związane z termodynamiką

fenomenologiczną i fizyka statystyczną;

2 . umie rozwiązywać zadania związane z tymi zagadnieniami

1. Śródsemestralne sprawdziany pisemne

2. Egzamin pisemny

3. Egzamin ustny

Uczestniczenie w wykładzie i ćwiczeniach jest obowiązkowe.

Egzamin składa się z części pisemnej i ustnej.

W przypadku podejścia do egzaminu poprawkowego należy przystąpić do obu jego części (pisemnej i ustnej).