FY509: Termisk Fysik (10 ECTS)

STADS: 07002101

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.

Skemaændringer:
: E-time mandag uge 22 kl. 10-12 er rettet til F-time.

Indgangskrav:
Ingen

Faglige forudsætninger:
FY507 Indledende kvantemekanik (eller FY03) eller KE512 Kvantekemi og Uorganisk Kemi 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.

Forventet læringsudbytte
Efter endt kursus forventes de studerende at kunne:

1. forklare og anvende termodynamikkens love
2. benytte Maxwells relationer
3. opskrive og benytte ligevægtsbetingelser
4. benytte de 3 almindeligste ensembler til udregning af middelværdier og spredning af de almindeligste variable.
5. udregne termodynamiske funktioner for en degenereret Fermi-Dirac gas , fx elektroner i faste stoffer
6. opskrive tilstandssummer for molekyler og faste stoffer og udregne de termodynamiske variable
7. benytte middelfeltapproksimationen

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, 1. og 2. lov, termodynamiske potentialer og responsfunktioner (varmekapacitet, kompressibilitet etc.) udledes og diskuteres ved brug af simple eksempler, fx den ideale gas.
- Det statistiske grundlag, mikrokanonisk, kanonisk og stor-kanonisk ensembler, introduceres og relateres til den termodynamiske beskrivelse.
- Basale relationer mellem ligevægtsfluktuationer og susceptibiliteter gennemgås.

Ligevægtsbetingelser.
- Den monoatomare idealgas gennemgås på et statistisk mekanisk grundlag (både den kvantemekaniske og den klassiske version).
- Fermi-Dirac og Bose-Einstein statistik: Fermienergi, varmekapacitet af Fermigasser.
- Øvrige eksempler: adsorption på en overflade og Langmuir isotermer.
- Der indgår en teoretisk afleveringsopgave/projektopgave, der omhandler forbindelsen mellem termodynamik og statistisk mekanik.

Blok 2: Statistisk mekanik

Emnerne er anvendelser af statistisk mekanik til simple, realistiske systemer, fx., kvantesystemer, fase- og kemisk ligevægt, samt middelfeltteori af vekselvirkende systemer.
- Denne del starter med 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.
- Faseligevægt, , kemisk ligevægt, massevirkningsloven.
- Faseovergange diskuteres på et termodynamisk grundlag, for eksempel ved at bruge Van der Waals tilstandsligning.
- Middelfeltbeskrivelser af stærkt vekselvirkende systemer: Isingmodellen for ferromagnetisme, og Debye-Hückel teori for tynde ioniske opløsninger.

Litteratur

• A.H. Carter: Classical and Statistical thermodynamics.

Pensum
Se pensumbeskrivelse.

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

Forudsætningsprøver
Ingen

Eksamen- og censurform:
Blok 1:
Den første blok evalueres efter 3. kvartal med en skriftlig projektrapport efterfulgt af en kort mundtlig eksamen (15 min), der tager udgangspunkt i projektet. Karakter efter 7 skalaen, intern censur.

Blok 2:
Den anden blok evalueres efter 4. kvartal ved en skriftlig eksamen; der er uden hjælpemidler, bortset fra lærebogen og tabelværker. Den eksperimentelle del af blok 2 skal være godkendt for at kunne indstille sig til eksamen. Karakter efter 7 trins skalaen, ekstern censur.

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.

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 2009 til 31. januar 2010.