Modul Nr. 10 Theoretische Physik III Kurzbezeichnung Theorie III
Werbung
Modul Nr. 10 Theoretische Physik III Theorie III Kurzbezeichnung Zusatz Statistische Mechanik Art der Veranstaltung Vorlesung (4 SWS) und Übung (2 SWS) betreut in Kleingruppen Leistungspunkte (LP) 9 Kurzbeschreibung Einführung in die Physik von makroskopischen Vielteilchensystemen, insbesondere die Theorie der Wärme Voraussetzungen Modul 7 Prüfungsanforderungen Vorlesung und Übungsaufgaben Leistungsnachweis Übungsaufgaben und Klausur Inhalte/ Ziele In makroskopischen Systemen mit sehr vielen Teilchen bzw. Freiheitsgraden kommt es durch das Zusammenspiel vieler gleichartiger Elemente zu neuen physikalischen Phänomenen und Gesetzmäßigkeiten. Beispielsweise gibt es in makroskopischen Systemen eine eindeutig aus-gezeichnete Zeitrichtung („Zeitpfeil“); neue physikalische Größen treten auf, z.B. Temperatur und Wärme; man beobachtet neue „universelle“ Gesetze, z.B. die Diffusionsgleichung und grundlegend neuartige Phänomene, z.B. Phasenübergänge. In der Veranstaltung wird vermittelt, wie dieses mikroskopisch begründet und phänomenologisch beschrieben werden kann. Die Studierenden werden mit den zentralen Begriffen „thermodynamisches Gleichgewicht“ und „Entropie“ vertraut und lernen Konzepte kennen, die sehr breit und weit über die Physik hinaus angewendet werden können: z.B. in Chemie, Biologie, Ingenieurwissenschaften bis hin zu Wirtschafts- und Sozialwissenschaften. Kernpunkte der Veranstaltung sind: Thermodynamik: Grundkonzepte: thermodynamisches Gleichgewicht, System und Umgebung (Wärmebäder), Zustand, Zustandsgrößen Hauptsätze der Thermodynamik Entropie, thermodynamische Potentiale Zustandsgleichungen, Gleichgewichts- und Stabilitätsbedingungen, thermodynamische Koeffizienten Anwendungen (z.B. Chemische Reaktionen, Wärmekraftmaschinen, Thermodynamik von Phasenübergängen) Grundlagen der statistischen Physik Mikroskopische Definitionen der Entropie, Wärme und Temperatur Gesamtheiten, Zustandssummen, freie Energien thermodynamischer Limes, Fluktuationen Beziehung zur Thermodynamik und Informationstheorie Quantenstatistik Statistische Quantenmechanik Ideale Quantengase, Bose-Einstein- und Fermi-Dirac-Verteilung Stark entartete Fermi- und Bosegase, Bose-Einstein-Kondensation Ausblick in weiterführende Themen z.B. Prozesse fern vom thermodynamischen Gleichgewicht Phasenübergänge Computersimulationsmethoden Lehre und Selbststudium Begleitend zu der Vorlesung muss eine Nacharbeitung / Überarbeitung anhand von Physik- (Standard) Lehrbüchern erfolgen. Zu den Übungen müssen Aufgaben zu Hause gelöst und in den Übungen vorgerechnet werden, die Übungsaufgaben werden jeweils eine Woche vorher ausgegeben. Anforderungen und Einzelleistungen (Prüfungen) Die Studierenden nehmen regelmäßig an den Veranstaltungen von Modul 10 teil. In den Übungen wird ihre Teilnahme, d.h. regelmäßige Anwesenheit und ihre aktive Mitarbeit kontrolliert. Das Modul wird mit einer Klausur abgeschlossen, die sich auf die Vorlesung und die Übungsaufgaben bezieht. Wenn die Klausur bestanden ist, werden für das Modul 9 LP gutgeschrieben. Die Klausur wird benotet und geht in die Abschlussnote für den B.Sc. ein. Angebotsturnus Jährlich, jeweils im Wintersemester Lehrende Die Lehrenden sind die Professor(inn)en der Theoretischen Physik im Wechsel. Die Übungen werden von Tutoren, i.d. Regel Assistenten, Doktoranden oder erfahrene Studierende, betreut. Literatur Die Veranstaltung folgt keinem bestimmten Lehrbuch. Zu Beginn der Veranstaltung wird unterstützende Literatur bekannt gegeben. Folgende beispielhafte Standardwerke sind zu empfehlen: Din et al.: Grundlagen der Statistischen Mechanik (de Gruyter) F. Reif: Fundamentals of Statistical and Thermal Physics (McGraw-Hill) H.B. Callen: Thermodynamics and Introduction to Thermal Statistics (John Willey) F.J. Jellito: Thermodynamik und Statistik (Aula) L.D. Landau/E.M. Lifshitz: Statistische Physik (Vieweg) F. Schwabl: Statistische Mechanik (Springer)
