FY509: Termisk Fysik (10 ECTS)

STADS: 7000901

Niveau
Bachelorkursus

Undervisningsperiode
Kurset er placeret i forårssemesteret.
3. og 4. kvartal.

Ansvarlige undervisere
Email: jbp@ifk.sdu.dk

Yderligere undervisere
ipsen@memphys.sdu.dk
svt@ifk.sdu.dk

Skemaoplysninger
Vis hele skemaet
Vis personligt skema for dette kursus.

Indgangskrav:
Ingen

Faglige forudsætninger:
FY504 skal være bestået, FY507 Indledende kvantemekanik skal følges senest samtidigt.

Kursusintroduktion
Kurset giver en teoretisk indføring i grundbegreberne i Statistisk Mekanik og Termodynamik, og viser deres anvendelser til modellering af udvalgte fysiske og kemiske systemer og til fortolkning af eksperimentelle målinger.

Kompetencer
Indsigt i de grundlæggende begreber i termodynamik, og statistisk mekanik, evne til at forholde sig til styrkerne og begrænsningerne i de anvendte modeller, evnen til at forstå og forklare sammenhængen mellem eksperimentelle resultater og teori, og evnen til at behandle modellerne teoretisk og numerisk. Personlige kompetencer: evne til at samarbejde med andre studerende og evne til at anvende abstrakte begreber i en konkret sammenhæng.

Forventet læringsudbytte


Emneoversigt
Kurset indeholder to blokke á 5 ECTS point.

Blok 1: Termisk Fysik

Emnerne er termodynamik, grundlæggende statistisk mekanik og kvantestatistik:

- De grundlæggende elementer i termodynamik: tilstandsfunktioner, I og II lov, termodynamiske potentialer og responsfunktioner (varmekapacitet, kompressibilitet etc.) udledes og diskuteres ved brug af simple eksempler, for eks. ideal gas, gittergas eller simple polymermodeller.
- Det statistiske grundlag, mikrokanonisk, kanonisk og stor-kanonisk ensembler, introduceres og relateres til den termodynamiske beskrivelse.
- Basale relationer mellem ligevægtsfluktuationer og susceptibiliteter gennemgås.
- Den monoatomare idealgas gennemgås på et statistisk mekanisk grundlag (både den kvantemekaniske og den klassiske version).
- Fermi- og Bosestatistik: Fermienergi, varmekapacitet af Fermigasser. Einstein og Debyeteori for fononer. Hulrumstråling.
- Øvrige eksempler: absorption på en overflade og Langmuir isotermer, Ising paramegnet.
- Der indgår en eksperimentel aktivitet (for ex. 3 gange 3 timer), hvor et centralt emne uddybes. Emnet kunne være kvantestatiske egenskaber af Fermigasser illustreret ved halvlederfysiske eksperimenter.

Afleveringsopgaven for denne kursusdel tager udgangspunkt i den eksperimentelle aktivitet, og inddrager teoretiske problemstillinger der knytter sig til aktiviteten.

Blok 2: Statistisk mekanik

Emnerne er kinetisk gasteori, fase- og kemisk ligevægt, samt middelfeltteori af vekselvirkende systemer. - Kinetisk gasteori diskuteres på basis af Maxwell-Boltzmann hastighedsfordelingen og middelfrivejlængde begrebet.
- Vibration og rotationsspektra for diatomiske molekyler.
- Faseligevægt, Clausius-Clayperon ligning, kemisk ligevægt, massevirkningsloven.
- Faseovergange diskuteres på et termodynamisk grundlag, for eksempel ved at bruge Van der Waals tilstandsligning. mikrokanonisk, kanonisk og makrokanonisk tilstandsrum.
- Middelfeltbeskrivelser af vekselvirkende systemer: Debye-Hückel teori for tynde ioniske opløsninger, Ising systemer.

Litteratur

Oplyses senere.

Pensum
Se pensumbeskrivelse.

Kursets hjemmeside
Dette kursus benytter e-learn (blackboard).

Forudsætningsprøver
Ingen

Eksamen- og censurform:
Blok 1:
Den første blok evalueres med en opgave med udgangspunkt i et emne der er undersøgt teoretisk og eksperimentelt i løbet af kurset. Karakter efter 13 skala, intern censur. Instituttet fastsætter afleveringsfrist.

Projektopgave. Intern censur. 13-skalaen.

Blok 2: Statistisk mekanik

Den anden blok evalueres med en numerisk opgave som udfærdiges af en gruppe (mindst to og højst tre personer) efterfulgt af en individuel kort mundtlig eksamen. Karakter efter 13 skala, ekstern censur.

Mundtlig eksamen: Ekstern censur. 13-skalaen.
Projektopgave: Intern censur ved underviser. Intern censur. 13-skalaen.

Vejledende timetal
På naturvidenskab er undervisningen tilrettelagt efter trefasemodellen dvs. intro, trænings- og studiefasen.

14+14=28 forelæsninger.
14+14=28 eksaminatorietimer/opgaveregning.
10 + 12 = 22 laboratorieøvelser og computerøvelser.
Aktiviteter i studiefasen

Sprog
Der er ikke registreret nogle oplysninger om undervisningssproget.

Kursustilmelding
Se tilmeldingsfrister.

Pris for åben uddannelse
Se priser for enkeltkurser.

Denne kursusbeskrivelse var gyldig fra 1. september 2006 til 31. august 2007.