FYSA2041 Statistinen fysiikka, osa A (6 op)
Kuvaus
Lämpötila, paine ja termodynaaminen tasapaino
Systeemin Tila; Mikrotila ja Makrotila
Tilayhtälö ja Tilamuuttujat (Tilasuureet)
Intensiiviset ja Ekstensiiviset Suureet
Sisäenergia, lämpö ja työ, termodynamiikan 1. pääsääntö
Reversiibeli ja irreversiibeli prosessi
Kaasun reversiibeli laajeneminen, työ ja lämpö
Eksaktit ja Epäeksaktit Differentiaalit
Adiabaattinen, Isobaarinen, Isokoorinen ja Isentrooppinen Prosessi
Vastefunktiot, lämpökapasiteetti
Ideaalikaasun Adiabaattinen Tilayhtälö
Syklinen Prosessi Entropia
termodynamiikan 2. pääsäännön seurauksia
Luonnolliset Muuttujat
Maxwellin Relaatiot
Boltzmannin entropia, Maxwell-Boltzmann Jakauma
Partitiofunktio, klassinen Faasiavaruus ja tilojen laskeminen
Paramagnetismi, magneettinen Jäähdytys
Kanonisen Joukon Termodynaaminen Tasapaino ja Fluktuaatiot
Joule-Thomson ilmiö, langan Adiabaattinen Venytys, kuminauha
Ekvipartitioteoreema
Faasitransitiot, faasitasapainon ehto
Koeksistenssi ja vapaan energian minimointi
Isingin malli; keskimääräisen kentän approksimaatio, simulointi
Landaun Faasimuutosten Teoria
Osaamistavoitteet
Opintojakson suoritettuaan opiskelija
tunnistaa ja ymmärtää termodynamiikan perusteet ja sen kelpoisuusalueen, termodynamiikan pääsäännöt, tilanyhtälöt ja entropian käsitteen, suljetut ja ympäristöön kytketyt systeemit ja niiden termodynaamiset potentiaalit sekä statistisen mekaniikan lähtökohdat.
tuntee syklisten prosessien, kuten lämpövoimakoneiden, jääkaappien ja lämpöpumppujen termodynamiikan ja hyötysuhteiden ehdottomat rajat
osaa laskea termodynaamiset suureet lähtien energiaspektristä ja partitiofunktiosta
Käyttää Boltzmannin jakaumaa yleisesti äärellisen lämpötilan systeemien kuvaukseen ja tuntee lähtökohtana olevan lämpökylvyn merkityksen systeemin energiatiloihin
tuntee statistisen fysiikan ja termodynamiikan välisen yhteyden, olomuotojen muutosten perusteet ja faasidiagrammin, sekä Ginzburgin-Landaun teorian ja spin-mallit (esim. Ising), sekä niiden välisen yhteyden.
Esitietojen kuvaus
FYSP1010 Mekaniikan perusteet,
FYSP1020 Värähtelyt ja termodynamiikka,
FYSA2001 Moderni fysiikka, osa A,
MATP211-213 Calculus 1-3,
MATA114 Differentiaaliyhtälöt (tai vastaavat tiedot).
Lisäksi suositellaan opintojaksoa FYSA2031 Kvanttimekaniikka, osa A.
Oppimateriaalit
Luentomoniste
Kirjallisuus
- Franz Mandl, Statistical Physics, ISBN-13: 978-0471915331, ISBN-10: 0471915335.
- Roger Bowley and Mariana Sanchez, Introductory Statistical Mechanics, ISBN-13: 978-0198505761 ISBN-10: 0198505760.
- Jouko Arponen ja Juha Honkonen, Statistinen Fysiikka, ISBN-13: 9789517451895, ISBN-10: 951745189X.
- Linda Reichl , A Modern Course in Statical Physics, ISBN-13: 978-3527413492 ISBN-10: 3527413499
Suoritustavat
Tapa 1
Tapa 2
Osallistuminen opetukseen (6 op)
Luennot, harjoitustehtävät, ohjaukset, laboratoriotyöt, tentti.
Opetus
11.1.–14.3.2021 Luento-opetus
26.2.–26.2.2021 1. loppukoe
19.3.–19.3.2021 2. loppukoe
Itsenäinen työskentely (6 op)
Tentti tai kotitentti sekä laboratoriotyöt.