You are hereTSF

TSF


Předmět: Termodynamika a statistická fyzika

Katedra/Zkratka: OPT/TSF

Rok: 2019

Garant: 'prof. RNDr. Tomáš Opatrný, Dr.'

Anotace: Pochopení základních pojmů z termodynamiky a statistické fyziky. Schopnost řešit konkrétní fyzikální problémy z oblasti termodynamiky a statistické fyziky. Posílení schopnosti pracovat s aktuální vědeckou literaturou v cizím jazyce.

Přehled látky:
Úvod, základy termodynamiky: Nultý a první zákon termodynamiky, stavové parametry, stavová rovnice, termodynamická rovnováha. Teplo, tepelná kapacita. Vratné a nevratné procesy, druhý termodynamický zákon. Entropie, Carnotův cyklus. Termodynamické procesy s ideálním plynem. Závislost tepelných kapacit na teplotě. Třetí termodynamický zákon. Termodynamické potenciály, volná energie, entalpie, Gibbsův potenciál. Maxwellovy relace. Jouleův-Thomsonův jev. Užití potenciálů při studiu tepelných strojů a procesů. Termodynamika fázových přeměn: Podmínky rovnováhy fází, Clapeyronova-Clausiusova rovnice, Gibbsovo fázové pravidlo, klasifikace fázových přechodů, fázový diagram, van der Waalsova rovnice a kondenzace, povrchové napětí a Laplaceův tlak. Úvod do statistické fyziky: Předmět a úloha statistické fyziky, fázový prostor, Hilbertův prostor, distribuční funkce, matice hustoty, Liouvillova rovnice. Připomenutí základních pojmů z teorie pravděpodobnosti. Statistické soubory: Mikrokanonické, Gibbsovo kanonické a velké kanonické rozdělení, statistika otevřeného systému. Maxwellovo-Boltzmannovo rozdělení. Ekvipartiční teorém a tepelné kapacity, jedno- a dvouatomový ideální plyn. Rozdělení rychlostí molekul ideálního plynu a šířka spektrálních čar. Kvantový popis molekuly plynu jako částice v potenciálové jámě, odvození termodynamických veličin z kvantového popisu. Souvislost mezi kvantovou a klasickou statistickou fyzikou, rozlišitelné a nerozlišitelné částice, Gibbsův paradox. Entropie a její vlastnosti, Maxwellův démon, souvislost mezi termodynamikou a teorií informace. Statistika spinových systémů, paramagnetismus. Statistika systému harmonických oscilátorů, klasický a kvantový model. Záření černého tělesa - Planckův vyzařovací zákon, Stefanův-Boltzmannův zákon, Wienův posunovací zákon, tlak a entropie záření. Tepelné kapacity pevných látek: Dulongův - Petitův zákon, Einsteinův model, Debyeův model krystalu. Kvantová statistika ideálních plynů: Bosony a fermiony, Bose-Einsteinovo a Fermi-Diracovo rozdělení. Ideální fermionový plyn, Fermiho energie, elektronový plyn, Richardsonův-Dushmanův vztah pro termoemisní proud. Vztah mezi hmotností a velikostí bílého trpaslíka. Boseova-Einsteinova kondenzace, kritická teplota. Experimentální realizace Bose-Einsteinova kondenzátu. Základy statistické teorie fluktuací: Fluktuace energie a počtu částic, fluktuace termodynamických veličin.