FYSA2041 Statistinen fysiikka, osa A (6 op)

Opinnon taso:
Aineopinnot
Arviointiasteikko:
0-5
Suorituskieli:
suomi
Vastuuorganisaatio:
Fysiikan laitos
Opetussuunnitelmakaudet:
2020-2021, 2021-2022, 2022-2023, 2023-2024

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

Arviointiperusteet:
Harjoitustehtävät, tentti ja hyväksytyt laboratoriotyöt. Harjoitustehtävät max. 12 pistettä, tentti max 48 pistettä, laboratoriotyöt max 12 pistettä. Teoriaosan (tentti + harjoituspisteet) puuttuvia pisteitä voi täydentää tekemällä lisätehtävä tai kirjoittamalla essee annetusta aiheesta.
Opetusajankohta:
Periodi 3
Valitaan kaikki merkityt osat

Tapa 2

Kuvaus:
Tämä suoritustapa on tarkoitettu opiskelijoille, joille toinen suoritustapa ei erityisistä syistä ole mahdollinen (esim. opetuskieli, asuminen muualla, suositus yksilöllisistä opintojärjestelyistä). Suoritustavasta on otettava yhteyttä opettajaan ennen kurssille ilmoittautumista.
Arviointiperusteet:
Tentti
Valitaan kaikki merkityt osat
Suoritustapojen osat
x

Osallistuminen opetukseen (6 op)

Tyyppi:
Osallistuminen opetukseen
Arviointiasteikko:
0-5
Arviointiperusteet:
Harjoitustehtävät, tentti ja hyväksytyt laboratoriotyöt. Harjoitustehtävät max. 12 pistettä, tentti max. 48 pistettä, laboratoriotyöt max. 12 pistettä. Teoriaosan (tentti + harjoituspisteet) puuttuvia pisteitä voi täydentää tekemällä lisätehtävä tai kirjoittamalla essee annetusta aiheesta.
Suorituskieli:
suomi
Työskentelytavat:

Luennot, harjoitustehtävät, ohjaukset, laboratoriotyöt, tentti. 

Opetus

x

Itsenäinen työskentely (6 op)

Tyyppi:
Itsenäinen työskentely
Arviointiasteikko:
0-5
Arviointiperusteet:
Tentti
Suorituskieli:
suomi
Työskentelytavat:

Tentti tai kotitentti sekä laboratoriotyöt. 

Opetus