Studiegids

nl en

Statistical Physics 1

Vak
2018-2019

For English please select the English page top right

Toegangseisen

Klassieke Mechanica a, Optica, Diffusie, AN1na, LA1na, AN2na

Beschrijving

De statistische fysica slaat een brug tussen de microscopische wereld en de eigenschappen van stoffen op macroscopische schaal, b.v. hoe kom je van de bewegingen van atomen en moleculen tot het verband tussen druk, temperatuur en volume van een gas.

Het concept thermisch evenwicht en het feit dat grote aantallen deeltjes beschreven moeten worden spelen daarin een cruciale rol. Met de theorie van waarschijnlijkheden, het entropiebegrip van Boltzmann en de ensembletheorie van Gibbs wordt de statistische fysica van systemen in evenwicht ontwikkeld. In het bijzonder komen het microkanoniek, kanoniek en groot-kanoniek ensemble aan de orde en hoe daarmee thermodynamische grootheden (zoals entropie, temperatuur, (Helmholtz en Gibbs) vrije energie, druk, enthalpie), die de macroscopische toestand beschrijven, te berekenen. De concepten faseruimte en vrijheidsgraden worden uitgewerkt. De genoemde ensembles worden toegepast op eenvoudige fysische systemen: ideale (niet-wisselwerkende) gassen, rubber en magnetische systemen.
Met deze methoden worden berekend:
1) de toestandsvergelijking, warmtecapaciteit en compressibiliteit van een ideaal gas,
2) de elasticiteitseigenschappen van rubber,
3) magnetisatie, susceptibiliteit, warmtecapaciteit van het Ising model voor een magneet (in de gemiddelde-veld benadering).
Afgesloten wordt met een inleiding op het verschijnsel van faseovergangen aan de hand van het Ising model in de gemiddelde-veld benadering en de toestandsvergelijking van der Waals voor wisselwerkende gassen.

Leerdoelen

Na afronding van de cursus kun je berekeningen en korte afleidingen uitvoeren met betrekking tot de verschillende ensembles in de statistische fysica en weet je in welke fysische situatie welk ensemble het best gebruikt kan worden. In het bijzonder kun je voor eenvoudige fysische systemen, zoals ideale gassen, rubber en magnetische systemen: • de entropie en temperatuur berekenen met het microkanoniek ensemble
• de partitiefunctie, vrije energie en druk berekenen in het kanoniek ensemble
• concepten als faseruimte en vrijheidsgraden bediscussieren. • de elasticiteit van rubber verklaren. • magnetisatie, susceptibiliteit en warmtecapaciteit berekenen in het Ising-model met behulp van de gemiddelde-veld benadering
• verbanden afleiden tussen verschillende macroscopische grootheden: ideale gaswetten, Maxwell-relaties

Algemene Vaardigheden (Soft Skills)

  • Je kunt redeneringen helder op papier zetten

  • je plant jouw tijd zodanig dat je studielast verdeeld is over de verschillende studieactiviteiten die bij dit vak nodig zijn: bestuderen van het tekstboek, voorbereiden en uitwerken van werkcolleges

Rooster

Rooster

Onderwijsvorm

Hoorcollege, werkcollege en zelfstudie (bestudering boek, aanvullende bronnen, voorbereiding werkcollege en uitwerking werkcollegeopgaven)

Toetsing

Schriftelijk tentamen met open vragen. Voorbij de helft van de collegereeks is er een
toets, die het eindcijfer alleen positief kan beïnvloeden. Indien het toetscijfer t hoger is dan het tentamencijfer T weegt het voor 1/5 mee in het eindcijfer C, volgens
C = (t + 4T)/5. Daarboven kan via het werkcollege (maximaal) 1 bonuspunt verdiend worden. Toets en bonus tellen alleen mee voor het eerste tentamen.

Blackboard

Er wordt gebruik gemaakt van Blackboard aankondigingen mbt het college, korte beschrijving van de hoorcolleges, voor het ter beschikking stellen van werkcollegeopgaven, uitwerkingen daarvan en oude tentamens.
Voor toegang tot Blackboard is een ULCN-account nodig).Blackboard UL

Literatuur

An Introduction to Statistical Mechanics and Thermodynamics, R.H. Swendsen (Oxford University Press, 2012). ISBN 978-0-19-964694-4 (aanschaf verplicht)

Contact

Contactgegevens Docent:Dr.P. Denteneer (Peter)