Termodynamik och statistisk fysik

Undervisningen består av föreläsningar, övningar och obligatoriska laborationer.

Klassisk termodynamik (4,5 hp)

Grundbegrepp: termodynamiskt system, tillstånd, jämvikt, process, cykel. Temperatur och termodynamikens 0:te huvudsats, inre energi, tryck, entalpi, arbete, värme. Rena ämnens faser och fasövergångar, tillståndsdiagram och fasdiagram. Ideala och icke-ideala gaser. Termodynamikens första huvudsats för slutna system. Förändringar i inre energi och entalpi för ideala gaser, värmekapacitet. Temperaturreservoar, värmemaskin, värmepump och kylprocess, termodynamikens andra huvudsats. Reversibla och irreversibla processer, Carnotcykeln, den termodynamiska temperaturskalan, reversibla värmemaskiner, värmepumpar och kylprocesser. Entropi, principen om entropins ökning, entropiförändringar för ideala gaser. Analys av värmemaskiner, ideala cykler. Termodynamiska potentialer, Helmholtz och Gibbs fria energier, Maxwells relationer.

Statistisk fysik (3 hp)

Kinetisk teori för ideal gas. Sannolikhetsfördelningar, medelvärde och varians. Bernoulliprocesser och binomialfördelning. Normalfördelning, stora talens lag, centrala gränsvärdessatsen, kopplingen mellan makroskopiska egenskaper och statistisk mekanik. Makrotillstånd och mikrotillstånd, ensembler. Isolerade system och den mikrokanoniska ensemblen, principen om lika sannolikhet, entropin för isolerade system. System i termisk jämvikt med temperaturreservoir och den kanoniska ensemblen, Boltzmannfördelningen, tillståndssumma, responsfunktioner och värmekapacitet, entropi och termodynamikens tredje huvudsats. Fri energi och statistisk termodynamik. Oskiljbara partiklar, Pauliprincipen, bosoner och fermioner. Klassisk och kvantmekanisk ideal gas, Maxwell-Boltzmann, BoseEinstein, och Fermi-Dirac-fördelningarna, svartkroppsstrålning.

Fördjupningsnivå: G1F (har mindre än 60 hp kurs/er på grundnivå som förkunskapskrav)

Utbildningsnivå: Grundnivå

Behörighetskrav: Registrerad på fysik 22,5 hp och matematik 30 hp.

Kursen ingår i följande program

• Naturvetenskapligt program Fysik/Kemi/Matematik: Fysik (läses år 2)
• Kandidatprogram i fysik (läses år 2)
• Civilingenjör Teknisk fysik (läses år 2)