Kursplan för Termodynamik och statistisk mekanik

Kursplan fastställd 2022-02-10 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnThermodynamics and statistical mechanics
  • KurskodFTF141
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareTKTFY
  • UtbildningsnivåGrundnivå
  • HuvudområdeTeknisk fysik
  • TemaMiljö och hållbar utveckling 1,5 hp
  • InstitutionFYSIK
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Svenska
  • Anmälningskod 57116
  • Max antal deltagare180
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterNej
  • Endast studenter med kurstillfället i programplan.

Poängfördelning

0122 Tentamen 7,5 hp
Betygsskala: TH		7,5 hp
  • 25 Okt 2023 fm J
  • 04 Jan 2024 fm J
  • 21 Aug 2024 fm J

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Behörighet

Grundläggande behörighet för grundnivå
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Särskild behörighet

Samma behörighet som det kursägande programmet.
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Kursspecifika förkunskaper

Klassisk mekanik och grundläggande kvantfysik. Flervariabelanalys. Sannolikhetslära och statistik.

Syfte

Kursen skall ge kunskaper om grundläggande termodynamiska relationer och statistiska fördelningslagar, så att teknologen efter avslutad kurs kan tillämpa dessa lagar på enkla praktiska problem och även tillgodogöra sig ny teknisk och vetenskaplig information på området för att i framtiden kunna angripa mera komplicerade teknologiska problem.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

  • redogöra för energibegreppet i termodynamik samt särskilja begreppen energi, värme och arbete;
  • genomföra termodynamiska beräkningar för olika processer och förstå betydelsen av kvasistatiska processer;
  • redogöra för entropibegreppet baserat på en mikroskopisk beskrivning;
  • beräkna entropi och andra termodynamiska storheter utgående från en mikroskopisk beskrivning av enkla modellsystem;
  • förklara relationen mellan den statistiska mekanikens mikroskopiska beskrivning och den fenomenologiska termodynamiken;
  • redogöra för och tillämpa termodynamikens första och andra huvudsats för slutna och öppna system;
  • förklara begreppet fri energi och tillämpa detta i samband med termodynamisk jämvikt och tillgängligt arbete;
  • redogöra för grunderna vad gäller fasjämvikt, både i en- och två-komponentsystem;
  • redogöra för de grundläggande tillståndsfördelningarna i statistisk mekanik samt kunna använda dessa inom ett brett spektrum av tillämpningsområden;
  • redogöra för svartkroppsstrålning samt ställa upp samband för strålningsbalans;
  • redogöra för kvantstatistik och kunna tillämpa detta på ideala kvantgaser samt behärska begreppet tillståndstäthet;
  • med termodynamisk begrepp analysera energibalanser och energiutnyttjande i förhållande till hållbar utveckling och miljö.

    • Innehåll

    Termodynamiska grundbegrepp såsom termodynamisk jämvikt, reversibla och irreversibla processer, tillståndsfunktioner, samt värme och arbete. Statistisk beskrivning av mångpartikelsystem och begreppen multiplicitet och entropi. Termodynamikens huvudsatser. Tillämpning av termodynamiken på värmemotorer, kylskåp och värmepumpar. Termodynamiska potentialer, fria energier och kemisk potential. Fasjämvikt i en- och två-komponentsystem. Mikrokanonisk, kanonisk och stor kanonisk fördelning. Likafördelningslagen. Maxwells hastighetsfördelning. Tillämpningar på klassiska idealgaser, gittervibrationer, paramagnetism samt adsorption/desorption fenomen. Fermi-Diracs och Bose-Einsteins fördelningslagar för ideala kvantgaser samt begreppet tillståndstäthet. Tillämpningar på elektroner i metaller och halvledare. Plancks fördelningslag, svartkroppsstrålning samt strålningsbalans tillämpat på jordens atmosfär.

    Organisation

    Undervisning ges i form av föreläsningar och räkneövningar. Dessa kompletteras av en obligatorisk experimentell laboration.

    Litteratur

    Daniel V. Schroeder: An Introduction to Thermal Physics (Oxford University Press).

    Examination inklusive obligatoriska moment

    Kursen avslutas med en skriftlig tentamen med uppgifter av konceptuell- och problemlösningskaraktär. Denna kompletteras under kursens gång av två omgångar med inlämningsuppgifter som kan ge poäng till tentamen. Den experimentella laborationen är obligatorisk.

    Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.