Thermodynamics and Statistical Physics

Garant předmětu:

Lecturer:

Tutor:

Supervisor:

Department of Physics

Synopsis:

Foundation of thermodynamics and statistical physics. Thermodynamic potential, the Joule Thomson effect,conditions of equilibrium, the Braun-Le Chatelier principle. Statistical entropy. Basics of many body descriptionfrom a statistical point of view (classical and quasiclassical regime within the frame of a canonical and grand-canonical ensemble, Fermi gas, models of crystals and the black body radiation). The Boltzmann equation is usedto discusses simple transport phenomena.

Requirements:

mechanics, electricity and magnetism, theoretical physics

Syllabus of lectures:

1. Statistical entropy, the most probable distribution

2. Statistical ensembles

3. Thermodynamic potentials

4. Equilibrium conditions

5. The phase rule, phase transitions

6. Thermodynamic inequalities, Braun-Le Chatelier principle

7. Statistical description and the thermodynamics of the ideal gas

8. Fermi-Dirac, Bose-Einstein statistics

9. Heat capacity of crystals

10. Black body radiation

11. Boltzmann’s transport equation

12. Boltzmann’s H-theorem, transport phenomena

Syllabus of tutorials:

Solving exercises on the following topics

1.Statistical entropy, the most probable distribution

2.Statistical ensembles

3.Thermodynamic potentials

4.Equilibrium conditions

5.The phase rule, phase transitions

6.Thermodynamic inequalities, Braun-Le Chatelier principle

7.Statistical description and the thermodynamics of the ideal gas

8.Fermi-Dirac, Bose-Einstein statistics

9.Heat capacity of crystals

10.Black body radiation

11.Boltzmann transport equation

12.Boltzmann H-theorem, transport phenomena

Study Objective:

Knowledge:

learn basic concepts of thermodynamics and statictical physics

Skills:

solve elementary problems of statistical physics and thermodynamics

Study materials:

Key references:

[1] R.H. Swendsen, An Introduction to Statistical Mechanics and Thermodynamics, Oxford Graduate Texts, Oxford University Press, Oxford, 2012

[2] P. Olla, An Introduction to Thermodynamics and Statistical Physics, Springer, 2016.

Recommended references:

[3] D.V. Schroeder, Introduction to Thermal Physics, Pearson Education Ltd. 2013

[4] H. B. Callen, Thermodynamics and an introduction to thermostatics, Wiley, New York, 1985

Note:

Further information:

No time-table has been prepared for this course

The course is a part of the following study plans:

• BS Matematické inženýrství - Matematické modelování (compulsory course of the specialization, elective course)
• BS Matematické inženýrství - Matematická fyzika (compulsory course of the specialization, elective course)
• BS Matematické inženýrství - Aplikované matematicko-stochastické metody (compulsory course of the specialization, elective course)
• BS Informatická fyzika (compulsory course of the specialization, elective course)
• BS Aplikace softwarového inženýrství (elective course)
• BS Aplikovaná informatika (elective course)
• BS jaderné inženýrství B (compulsory course of the specialization, elective course)
• BS Jaderné inženýrství C (elective course)
• BS Dozimetrie a aplikace ionizujícího záření (compulsory course of the specialization, elective course)
• BS Experimentální jaderná a částicová fyzika (compulsory course of the specialization, elective course)
• BS Inženýrství pevných látek (compulsory course of the specialization, elective course)
• BS Diagnostika materiálů (compulsory course of the specialization, elective course)
• BS Fyzika a technika termojaderné fúze (compulsory course of the specialization, elective course)
• BS Fyzikální elektronika (compulsory course of the specialization, elective course)
• BS Jaderná chemie (elective course)
• Fyzikální inženýrství - Počítačová fyzika (PS)
• Aplikované matematicko-stochastické metody (compulsory course in the program)
• Jaderné inženýrství - Aplikovaná fyzika ionizujícího záření (PS)
• Fyzikální inženýrství - Fyzikální inženýrství materiálů (PS)
• Fyzikální inženýrství - Fyzika plazmatu a termojaderné fúze (PS)
• Fyzikální inženýrství - Inženýrství pevných látek (PS)
• Jaderná a částicová fyzika (compulsory course in the program)
• Jaderné inženýrství - Jaderné reaktory (PS)
• Fyzikální inženýrství - Laserová technika a fotonika (PS)
• Matematické inženýrství - Matematická fyzika (PS)
• Matematické inženýrství - Matematická informatika (elective course)
• Matematické inženýrství - Matematické modelování (PS)
• Kvantové technologie (compulsory course in the program)
• jaderné inženýrství - Radioaktivita v životním prostředí (elective course)
• Physical Engineering - Computational physics (PS)
• Quantum Technologies (compulsory course in the program)
• Nuclear and Particle Physics (compulsory course in the program)