FY509: Termisk Fysik (10 ECTS)

STADS: 07004501

Niveau
Bachelorkursus

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

Ansvarlige undervisere
Email: jbp@sdu.dk

Yderligere undervisere
zqex@sdu.dk

Skemaoplysninger
Vis hele skemaet
Vis personligt skema for dette kursus.

Kommentar:
OBS!

Efteråret 2012:1. del af FY509 kører ekstraordinært i 2. kvartal pga. studieordningsændringer. (Fortsættes med 2. del på 4. kvartal i foråret 2013, som normalt, samlæst med FY811).
Foråret 2013: 1. del af FY509, samlæst med FY810, kører på 3. kvartal, som normalt. (Fortsættes med 2. del på 4. kvartal i foråret 2013, som normalt, samlæst med FY811).

Indgangskrav:
Ingen

Faglige forudsætninger:
FY521 Indledende kvantemekanik I og FY522 Indledende kvantemekanik II / (tidligere FY507 Indledende kvantemekanik) eller KE524 Kvantekemi (tidligere KE512 Kvantekemi og Uorganisk Kemi) følges senest samtidigt.

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

Forventet læringsudbytte

Efter 3. kvartal: Ved kursets afslutning forventes den studerende at kunne:

1. forklare og anvende termodynamikkens love
2. benytte Maxwells relationer
3. opskrive og benytte termodynamiske ligevægtsbetingelser
4. forklare og benytte de termodynamske potentialer
5. angive betingelserne for termodynamisk stabilitet
6. etablere statistisk mekaniske sandsynlighedsmål ved hjælp af maksimum entropi metoden
7. udregne middelværdier og spredning af termodynamiske variable.

Efter 4. kvartal: Ved kursets afslutning forventes den studerende at kunne:

1. forklare og anvende termodynamikkens statistisk mekaniske grundlag.
2. benytte sammenhænge imellem termiske responsefunktioner og statistiske korrelationer.
3. opskrive og benytte ligevægtsbetingelser i statistisk mekanik.
4. benytte de almindeligste ensembler til udregning af middelværdier og spredning af de almindeligste variable.
5. udregne termodynamiske funktioner for klassiske og kvante gasser.
6. opskrive tilstandssummer for molekyler og faste stoffer og udregne de termodynamiske variable
7. benytte middelfeltapproksimationen for stærkt vekselvirkende systemer.

Emneoversigt
Kurset indeholder to blokke à 5 ECTS point.

Blok 1: Termisk Fysik (3. kvartal)
Emnerne er termodynamik, grundlæggende statistisk mekanik:

• De grundlæggende elementer i termodynamik: tilstandsfunktioner, 1. og 2. lov, termodynamiske potentialer og responsfunktioner (varmekapacitet, kompressibilitet etc.) udledes og diskuteres ved brug af simple eksempler, fx den ideale gas.
• Det termodynamiske grundlag for beskrivelsen af strukturel stabilitet, kemisk ligevægt og faseomdannelse gennemgås. Det statistiske grundlag introduceres og relateres til den termodynamiske beskrivelse.
• Basale relationer mellem ligevægtsfluktuationer og susceptibiliteter gennemgås.
• Eksempler: adsorption på overflader, piezo -og pyroelektricitet, reale gasser, blandinger, gummielasticitet, fordampning.
• Der indgår en teoretisk afleveringsopgave/projektopgave

Blok 2: Statistisk mekanik (4. kvartal)

• Emnerne er anvendelser af statistisk mekanik til simple, realistiske systemer, fx., kvantesystemer, fase- og kemisk ligevægt, samt middelfeltteori af vekselvirkende systemer.
• Eksperimentelle øvelser, der illustrerer betydningen af Fermi-Dirac statistik for beskrivelsen af faste stoffers fysiske egenskaber. Der udarbejdes en rapport omhandlende baggrundsteorien, de målte data og interpretationen af disse.
• Vibration og rotationsspektra for diatomiske molekyler.
• Einsteins og Debyes teorier for gittersvingninger.
• Hulrumstråling og Bose-Einstein kondensering.
• Faseovergange diskuteres på et statistisk mekanisk grundlag.
• Middelfeltbeskrivelser af stærkt vekselvirkende systemer: Isingmodellen for ferromagnetisme, og Debye-Hückel teori for tynde ioniske opløsninger

Litteratur

• Ashley H. Carter: Classical and Statistical Thermodynamics, Prentice Hall.

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

Forudsætningsprøver
Ingen

Eksamen- og censurform:
3. kvartal:
a) Den første blok evalueres efter 3. kvartal med en skriftlig projektrapport efterfulgt af en kort mundtlig eksamen (15 min), der tager udgangspunkt i projektet. Bedømmes samlet, karakter efter 7-trinsskalaen, intern censur (5 ECTS). (07004502)

4. kvartal:
b) Den anden blok evalueres efter 4. kvartal ved en skriftlig projektrapport efterfulgt af kort mundtlig eksamen (15 min.), der tager udgangspunkt i projektet. Bedømmes med karakter efter 7-trinsskalaen og ved ekstern censur (5 ECTS). (07004512)

Karaktererne fra de to blokke tæller hver 50 % af den endelige karakter.
Hvis den samlede karakter er under 2, så skal den/de delprøver, der er under beståelsesgrænsen tages om i forbindelse med næste eksamensforsøg. Dog skal delprøver altid tages om såfremt karakteren er -3.

Reeksamen (Blok 1) efter 4. kvartal.
Reeksamen (Blok 2) efter 2. kvartal.

Eksamensformen ved reeksamen kan være en anden end eksamensformen ved den ordinære eksamen.

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

22+20 = 42 forelæsninger.
20 + 22 = 42 eksaminatorietimer/opgaveregning.
8 laboratorieøvelser.
Aktiviteter i studiefasen

Sprog
Dette kursus undervises på dansk.

Kursustilmelding
Se tilmeldingsfrister.

Pris for åben uddannelse
Se priser for enkeltkurser.

Denne kursusbeskrivelse var gyldig fra 1. februar 2012 til 31. januar 2013.