FY509: Termisk Fysik (10 ECTS)

STADS: 07008001

Niveau
Bachelorkursus

Undervisningsperiode
Kurset er placeret i forårssemesteret.

Ansvarlige undervisere
Email: ipsen@memphys.sdu.dk
Email: paolo.sibani@sdu.dk

Yderligere undervisere
lyngs@memphys.sdu.dk
svt@sdu.dk
mlomholt@sdu.dk

Skemaoplysninger
Vis hele skemaet
Vis personligt skema for dette kursus.

Kommentar:
1.del samlæses med FY523 og FY810, 2.del samlæses med FY524 og FY811

Indgangskrav:
Ingen

Faglige forudsætninger:
FY521 Indledende kvantemekanik I eller KE524 Kvantekemi 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
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.
8. forklare og anvende termodynamikkens statistisk mekaniske grundlag.
9. benytte sammenhænge imellem termiske responsefunktioner og statistiske korrelationer.
10. opskrive og benytte ligevægtsbetingelser i statistisk mekanik.
11. benytte de almindeligste ensembler til udregning af middelværdier og spredning af de almindeligste variable.
12. udregne termodynamiske funktioner for klassiske og kvante gasser.
13. opskrive tilstandssummer for molekyler og faste stoffer og udregne de termodynamiske variable
14. benytte middelfeltapproksimationen for stærkt vekselvirkende systemer.
15. beskrive teorier for virkemåden af elektroniske komponenter som halvledere, dioder, transistorer og solceller.
16. Benytte disse teorier til praktiske anvendelser af komponenterne.

Emneoversigt
Kurset indeholder to blokke à 5 ECTS point.

Blok 1: Termisk Fysik
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.
Emnerne er anvendelser af statistisk mekanik til simple, realistiske systemer, fx., kvantesystemer, fase- og kemisk ligevægt, samt middelfeltteori af vekselvirkende systemer.

• Teori for de elektroniske egenskaber af halvledere, dioder, transistorer og solceller.
• Eksperimentelle øvelser, der illustrerer betydningen af Fermi-Dirac statistik for beskrivelsen af faste stoffers fysiske egenskaber (dioder, transistorer og solceller). 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

• S.J. Blundell og K.M. Blundell: Concepts in Thermal Physics, (second edition) 2010, Oxford University Press.ISBN 978-0-19-956210-7 (paperback) findes også i Hard-udgave.

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

Forudsætningsprøver
Ingen

Eksamen- og censurform:
Første del af semesteret

1. Den første blok evalueres efter ca. 7 uger 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). (07008012)

Anden del af semesteret

1. Den anden blok evalueres ved to skriftlige projektrapporter efterfulgt af kort mundtlig eksamen (15 min.), der tager udgangspunkt i projekterne. Bedømmes med karakter efter 7-trinsskalaen og ved ekstern censur (5 ECTS). (07008002)

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 i samme termin eller umiddelbart derefter. 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.
Introfase: 37 timer
Træningsfase: 47 timer, heraf:
 - Eksaminatorie: 35 timer
 - Laboratorieøvelser: 12 timer

Aktiviteter i studiefasen

Sprog
Dette kursus undervises på dansk.

Bemærkninger
Samlæses i første del med kandidatkurset FY810, og i anden del med kandidatkurset FY811

Kursustilmelding
Se tilmeldingsfrister.

Pris for åben uddannelse
Se priser for enkeltkurser.

Denne kursusbeskrivelse var gyldig fra 1. februar 2014 til 31. januar 2016.