FYSA2041 Statistinen fysiikka, osa A (6 op)

• 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  

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.  

• 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. 

Luentomoniste