Uniwersytet Warszawski - Centralny System UwierzytelnianiaNie jesteś zalogowany | zaloguj się
katalog przedmiotów - pomoc

Termodynamika z elementami fizyki statystycznej

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 1100-2AF22 Kod Erasmus / ISCED: 13.202 / (0533) Fizyka
Nazwa przedmiotu: Termodynamika z elementami fizyki statystycznej
Jednostka: Wydział Fizyki
Grupy: Astronomia, I stopień; przedmioty dla II roku
Fizyka, I stopień; przedmioty obowiązkowe na II roku
Nauczanie fizyki; przedmioty dla II roku
ZFBM - Projektowanie molek. i bioinformatyka; przedmioty dla II roku
ZFBM, II stopień; Biofizyka molekularna
Punkty ECTS i inne: 6.00
zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: polski
Kierunek podstawowy MISMaP:

fizyka

Tryb prowadzenia:

w sali

Skrócony opis:

1. Opis układu termodynamicznego.

2. Równowaga termodynamiczna w opisie statystycznym.

3. Temperatura empiryczna i własności ciał fizycznych zależne od temperatury, międzynarodowa skala temperatur.

4. Równanie stanu układu termodynamicznego.

5. Pierwsza zasada termodynamiki i maszyny cieplne.

6. Ciepło molowe i ciepło przemian fazowych.

7. Entropia i II zasada termodynamiki.

8. Zagadnienia transportu.

9. Niskie temperatury i III zasada termodynamik

10. Termodynamiczne parametry układu i statystyki kwantowe.

Pełny opis:

1. Opis układu termodynamicznego: Sposób opisu właściwości układów makroskopowych przez termodynamikę fenomenologiczną oraz przez fizykę statystyczną; pojęcie układu termodynamicznego, parametry i funkcje stanu; równowaga termodynamiczna i termiczna; dochodzenie do stanu równowagi (czas relaksacji), zerowa zasada termodynamiki.

2. Równowaga termodynamiczna w opisie statystycznym: Zależność liczby stanów od energii - model drabinkowy, zależność liczby stanów od energii dla gazu doskonałego, postulat równego prawdopodobieństwa, cząstka w równowadze z bardzo dużym termostatem - rozkład kanoniczny Gibbsa, obliczanie średniej energii, rozkład Maxwella, rozkład Boltzmanna, paramagnetyzm ciał.

3. Statystyki kwantowe: Statystyka Bosego-Einsteina, gaz fotonowy, statystyka Fermiego-Diraca, gaz elektronowy.

4. Temperatura empiryczna i własności ciał fizycznych zależne od temperatury: Pojęcie temperatury empirycznej i jej pomiar, skala Celsjusza i Fahrenheita, termometry zbudowane na podstawie różnych parametrów termometrycznych ciał (rozszerzalność objętościowa ciał i termometry cieczowe, rozszerzalność ciał stałych i model tej rozszerzalności oraz termometry bimetaliczne, zależności temperaturowe oporu elektrycznego metali i półprzewodników oraz termometry oporowe, termopary, promieniowanie cieplne ciał i pirometry, ciekłe kryształy i wskaźniki barwne, temperaturowe zmiany parametrów gazów i termometr gazowy), skala Kelvina; ekstremalne temperatury we Wszechświecie i w laboratoriach.

5. Międzynarodowa skala temperatur: Obowiązująca jednostka, stosowane właściwości temperaturowe ciał oraz punkty temperaturowe.

6. Równanie stanu układu: Pojęcie równania stanu, parametry stanu, pojęcie ciśnienia, prawo Pascala, ciśnienie w obszarze działania siła grawitacyjnych, prawo Archimedesa, ciśnienie w zbiornikach z cieczą, wzór barometryczny; hydrodynamika, równanie Bernoulliego, równanie stanu gazu doskonałego, równania stanu gazów rzeczywistych, parametry krytyczne, pojecie fazy i przejścia fazowego, powierzchnie p-V-T dla substancji rzeczywistych, powierzchnie stanów i właściwości wybranych substancji (woda, hel, węgiel, siarka).

7. Pierwsza zasada termodynamiki: Pojęcie energii wewnętrznej, wyznaczenie energii wewnętrznej jednoatomowego gazu doskonałego według teorii kinetycznej, pojęcie pracy w termodynamice, pojęcie ciepła w układzie wielocząstkowym, przenoszenie ciepła, I zasada termodynamiki.

8. Ciepło molowe i ciepło przemian fazowych: Definicja ciepła molowego, pomiary ciepła molowego, ciepła molowe gazu doskonałego i przemiana adiabatyczna, ciepła molowe gazów rzeczywistych jednoatomowych, gazów i cieczy wieloatomowych, ciał stałych - zależności temperaturowe. Ciepło przemian fazowych.

8. Maszyny cieplne: Procesy kwazistatyczne i odwracalne. Silniki cieplne (czterosuwowy silnik benzynowy, cykl Carnota, silnik Sterlinga). Pompy cieplne (lodówka Carnota, pompa cieplna w zastosowaniu domowym, lodówka domowa).

9. Entropia: Entropia jako funkcja stanu - definicja entropii w termodynamice fenomenologicznej. Entropia w ujęciu fizyki statystycznej. Przemiany gazu doskonałego we współrzędnych T-S. Maksymalna sprawność silników cieplnych. Entropia w procesach odwracalnych i nieodwracalnych.

10. Druga zasada termodynamiki: Różne sformułowania II zasady termodynamiki, temperatura termodynamiczna.

11. Zagadnienia transportu: Różne zjawiska transportu i prawa nimi rządzące (przewodnictwo elektryczne, cieplne, dyfuzja, lepkość). Przewodnictwo cieple - mechanizmy fizyczne transportu cieplnego. Przewodnictwo cieplne ciał. Stany nieustalone i stan ustalony przewodnictwa cieplnego.

12. Niskie temperatury: Możliwości osiągania niskich temperatur. Pojecie entalpii. Efekt Joule'a-Thomsona. Skraplarka.

13. Trzecia zasada termodynamiki: Postulat Nernsta i Plancka.

14. Termodynamiczne parametry układu: Ścisłe definicje temperatury i innych parametrów intensywnych charakteryzujących układ.

Opis według projektu prof. M. Kamińskiej, grudzień 2008

Literatura:

A.K. Wróblewski i J. Zakrzewski Wstęp do Fizyki – PWN

Sz. Szczeniowski Fizyka doświadczalna cz. II - ciepło i fizyka drobinowa – PWN

M. Kamińska i inni Wstęp do termodynamiki fenomenologicznej Wyd. UW

R. Hołyst, A. Poniewierski, A. Ciach Termodynamika dla chemików, fizyków i inżynierów, Wyd. UKSW

A.K. Wróblewski Historia Fizyki – PWN

Jerzy Ginter Fizyka IV – skrypt NKF

D.V. Schroeder An Introduction to Thermal Physics, Addison Wesley 2000 http://physics.weber.edu/schroeder/

Harvey Gould and Jan Tobochnik Thermal and Statistical Physics http://stp.clarku.edu

Efekty uczenia się:

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

Metody i kryteria oceniania:

1. Śródsemestralne sprawdziany pisemne

2. Egzamin pisemny

3. Egzamin ustny

Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2020/21" (zakończony)

Okres: 2021-02-22 - 2021-06-13
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 45 godzin, 60 miejsc więcej informacji
Wykład, 45 godzin, 60 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Marcin Konecki
Prowadzący grup: Andrzej Chlebicki, Adam Kłosiński, Marcin Konecki, Stanisław Król, Milena Królikowska, Teresa Kulka, Miłosz Panfil
Strona przedmiotu: https://kampus-student2.ckc.uw.edu.pl/course/view.php?id=6342
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Wykład - Egzamin
Tryb prowadzenia:

zdalnie

Skrócony opis:

Zagadnienia poruszane na wykładzie:

Opis układu termodynamicznego, temperatura empiryczna, własności ciał zależne od temperatury.

Równanie stanu układu termodynamicznego, gaz doskonały, gazy rzeczywiste, przemiany, ciepło molowe i ciepło przemian fazowych.

Praca i Ciepło, Pierwsza zasada termodynamiki, maszyny cieplne, temperatura termodynamiczna.

Entropia i druga zasada termodynamiki

Opis statystyczny, równowaga termodynamiczna w opisie statystycznym, entropia , rozkłady mikrostanów w układzie oscylatorów , rozkład Boltzmanna.

suma statystyczna, obliczanie średniej energii, paramagnetyk, C_V ciała stałego w modelu Einsteina, gaz doskonały, rozkład prędkości Maxwella

Potencjały termodynamiczne, relacje Maxwella, przejścia fazowe

Niskie temperatury: entalpia, efekt Joule'a-Thomsona, skraplarka, trzecia zasada termodynamiki.

Statystyki kwantowe: Statystyka Bosego-Einsteina, gaz fotonowy, statystyka Fermiego-Diraca, gaz elektronowy.

Zagadnienia transportu, pływanie, przyleganie, promieniowanie.

Literatura:

Łatwo dostępne podręczniki po polsku:

• M. Kamińska, A. Witowski, J. Ginter , Wstęp do termodynamiki fenomenologicznej, Wyd. UW (nie obejmuje jednak całości materiału)

• A.K. Wróblewski i J. Zakrzewski, Wstęp do Fizyki (t.1 rozdz. VII, t. 2 cz. 1 rozdz. VI), PWN (bardzo polecam ale uwaga na błędy)

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

Przykładowe „nowoczesne” podręczniki, zgodne z duchem wykładu:

• 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

Wybór użytecznych krótkich książeczek wprowadzających i „bryków”:

• 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

Bardzo, bardzo dobry podręcznik, ale w innym ujęciu niż wykład:

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

I jeszcze „do poduchy”:

• K. Rejmer, Ciepło-Zimno czyli termodynamika fenomenologiczna t.1, t.2.

• D.V. Schroeder, An Introduction to Thermal Physics

Uwagi:

Obecność na wykładach jest obowiązkowa:

– brak formalnych konsekwencji za nieobecności.

Obecność na ćwiczeniach jest obowiązkowa:

– dopuszczalne są 2 nieusprawiedliwione nieobecności,

– usprawiedliwienia lekarskie, wyjątkowo ustne,

– zgłaszanie usprawiedliwień w możliwie krótkim terminie

(standardowo w ciągu 2 tygodni od nieobecności, lub na

najbliższych ćwiczeniach),

– niespełnienie powyższego wymogu może być powodem

niedopuszczenia do egzaminów i niezaliczenia przedmiotu.

Szczegóły w pliku wyklad_0_zasady.pdf dostępnym w materiałach wykładowych w kampusie.

Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Warszawski.