Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie - Centralny System Uwierzytelniania
Strona główna

Fizyka teoretyczna III

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: WM-FI-501
Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Fizyka teoretyczna III
Jednostka: Wydział Matematyczno-Przyrodniczy. Szkoła Nauk Ścisłych
Grupy:
Punkty ECTS i inne: (brak) Podstawowe informacje o zasadach przyporządkowania punktów ECTS:
  • roczny wymiar godzinowy nakładu pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się dla danego etapu studiów wynosi 1500-1800 h, co odpowiada 60 ECTS;
  • tygodniowy wymiar godzinowy nakładu pracy studenta wynosi 45 h;
  • 1 punkt ECTS odpowiada 25-30 godzinom pracy studenta potrzebnej do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się;
  • tygodniowy nakład pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się pozwala uzyskać 1,5 ECTS;
  • nakład pracy potrzebny do zaliczenia przedmiotu, któremu przypisano 3 ECTS, stanowi 10% semestralnego obciążenia studenta.

zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: angielski
Poziom przedmiotu:

podstawowy

Symbol/Symbole kierunkowe efektów uczenia się:

FIZ2_W01; FIZ2_W02; FIZ2_W03; FIZ2_W07; FIZ2_W08; FIZ2_U01; FIZ2_U04; FIZ2_U09; FIZ2_U15; FIZ2_U16; FIZ2_K02

Skrócony opis:

Podstawy statystycznego opisu trzech zespołów wielu cząstek i związek z zasadami termodynamiki. Mikroskopowe zrozumienie entropii, sumy statystycznej, funkcji termodynamicznych. Zastosowanie fizyki statystycznej i rozkładów do klasycznych i kwantowych gazów doskonałych. Wprowadzenie do zjawisk fluktuacyjnych.

Pełny opis:

1. Wstęp do termodynamiki fenomenologicznej: parametry i procesy termodynamiczne. I zasada termodynamiki. Klasyczny gaz doskonały. II zasada termodynamiki. Entropia. Cykl Carnota.

2. Warunki równowagi. Funkcje stanu. Energia Helmholtza. Energia swobodna. Potencjał Gibbsa. Równania Maxwella. Potencjał chemiczny. Równanie stanu van der Waalsa.

3. Przestrzeń fazowa w fizyce klasycznej. Objętość fazowa. Równanie ciągłości. Twierdzenie Liouville’a. Przestrzeń fazowa w fizyce kwantowej. Objętość fazowa oscylatora harmonicznego. Gęstość stanów na jednostkę energii.

4. Prawdopodobieństwo termodynamiczne. Entropia w fizyce statystycznej. Zespół mikrokanoniczny. Zespół kanoniczny. Rozkład Gibbsa.

5. Suma statystyczna. Średnia energia. Związek zespołu kanonicznego z termodynamiką. Zespół wielki kanoniczny. Wielka suma statystyczna. Średnia liczba cząstek. Wielki potencjał termodynamiczny.

6. Klasyczny termodynamiczny gaz doskonały. Entropia. Średnia energia na cząstkę. Ciśnienie. Paradoks Gibbsa. Twierdzenie o ekwipartycji energii.

7. Kwantowe gazy doskonałe. Temperatura degeneracji. Fermiony i bozony. Rozkłady Fermiego-Diraca i Bosego-Einsteina. Granica klasyczna. Rozkład Maxwella-Boltzmanna.

8. Promieniowanie cieplne ciała doskonałe czarnego. Fakty doświadczalne. Funkcja gęstości stanów dla fotonów. Rozkład Plancka. Prawa Wiena i Stefana-Boltzmanna. Równanie stanu gazu fotonowego. Ciepło właściwe i entropia. Proces izotermiczny. Promieniowanie reliktowe.

9. Gaz elektronów swobodnych. Klasyczna teoria przewodnictwa metali. Funkcja gęstości stanów. Gaz elektronowy w temperaturze 0 K. Energia Fermiego. Koncentracja elektronów. Prędkość Fermiego. Gaz elektronowy w temperaturze T > 0 K. Temperatura Fermiego.

10. Półprzewodniki. Struktura pasmowa. Masa efektywna elektronu. Półprzewodniki samoistne. Efektywna gęstość stanów. Położenie poziomu Fermiego. Półprzewodniki domieszkowe.

11. Kondensacja Bosego-Einsteina. Krytyczna temperatura. Potencjał chemiczny. Dopplerowskie spowalnianie atomów. Pułapka magnetyczna. Chłodzenie przez odparowanie. Parametry termodynamiczne KBE.

12. Ciepło właściwe ciał stałych. Model Einsteina. Suma statystyczna niezależnych fononów. Ciepło właściwe w granicy wysokich i niskich temperatur. Model Debye’a. Widmo ograniczone. Gęstość stanów. Energia wewnętrzna. Elektronowe ciepło włąsciwe.

13. Fluktuacje wielkości termodynamicznych. Rozkład Gaussa. Średni kwadrat fluktuacji energii. Fluktuacje w wielkim zespole termodynamicznym. Fluktuacje liczby cząstek. Szum Nyquista. Zasada Landauera.

14. Ruchy Browna. Kwadrat przesunięcia cząstki. Wzór Einsteina-Smoluchowskiego. Błądzenie losowe. Dyfuzja. Współczynnik dyfuzji.

15. Przejścia fazowe. Model Isinga. Parametr porządku. Energia pojedynczego spinu. Energia wewnętrzna. Ciepło właściwe. Teoria Ginzburga-Landaua. Minimalizacja potencjału. Przejście fazowe w polu zewnętrznym. Podatność. Wykładniki krytyczne.

Literatura:

1. K. Huang, Podstawy fizyki statystycznej, PWN 2006

2. R. Hołyst, A. Poniewierski, A. Ciach, Termodynamika dla chemików, fizyków i inżynierów, Wydawnictwo UKSW 2005

3. L. D. Landau, J. M. Lifszyc, Fizyka statystyczna. Cz. 1, wyd. 2, PWN, Warszawa, 2011

4. R. C. Tolman, The principles of statistical mechanics, Dover, New York, 1979.

Efekty kształcenia i opis ECTS:

Tłumaczy zagadnienia mechaniki statystycznej i związek z fizyką doświadczalną. Rozwiązuje problemy fizyki statystycznej. Posługuje się formalizmem fizyki statystycznej do opisu praw i procesów w przyrodzie.

Metody i kryteria oceniania:

Oceniana jest znajomość teorii oraz umiejętność rozwiązywania zadań. Przewidywane są dwa kolokwia, egzamin pisemno-ustny.

Praktyki zawodowe:

brak

Przedmiot nie jest oferowany w żadnym z aktualnych cykli dydaktycznych.
Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie.
ul. Dewajtis 5,
01-815 Warszawa
tel: +48 22 561 88 00 https://uksw.edu.pl
kontakt deklaracja dostępności USOSweb 6.8.0.0-5 (2022-09-30)