SI1161 Statistisk fysik 6,0 hp

Statistical Physics

"Statistisk fysik" behandlar termodynamik, statistisk fysik och kvantstatistik som på olika sätt beskriver system med ett stort antal partiklar. Systemen kan t.ex. vara atomer och molekyler i gaser, vätskor och fasta ämnen eller elektroner i metaller och halvledare. Ämnet är grundläggande för alla delar av fysik och har tillämpningar inom de flesta grenar av teknik.

  • Utbildningsnivå

    Grundnivå
  • Kursnivå (A-D)

    C
  • Huvudområde

    Fysik
    Teknik
  • Betygsskala

    A, B, C, D, E, FX, F

Kurstillfällen/kursomgångar

HT17 för programstuderande

Lärandemål

Efter fullgjord kurs skall du

  • känna till definitionen av och kunna använda de viktigaste begreppen i termodynamik och klassisk såväl som kvantmekanisk statistisk fysik.
  • känna till, kunna analysera och tillämpa teorier och modeller för termodynamiska processer och statistiska fördelningar, med särskild tonvikt på utnyttjade approximationers giltighet.
  • ha kännedom om relationen mellan den fenomenologiska termodynamiken och den statistiska fysikens mikroskopiska beskrivning.
  • självständigt kunna behandla problem inom termodynamik och statistisk fysik.
  • känna till och kunna utveckla tillämpningar inom fysik och andra naturvetenskapliga områden baserade på termodynamiska och statistiskt fysikaliska principer.
  • ha viss kännedom om tekniska tillämpningar av termodynamik och statistisk fysik.

Kursens huvudsakliga innehåll

Termodynamiken är en fenomenologisk makroskopisk teori för energiomvandlingar. Särskilt behandlas energiformen värme som har speciella egenskaper. Med termodynamikens huvudsatser för energi och entropi beskriver man villkoren för olika processer. Termodynamikens användbarhet grundar sig på att dess begrepp är mycket generella. Denna del av kursen utgör en fördjupning av kursen i termodynamik för F1.

Statistiska fysiken ger den mikroskopiska molekylära bakgrunden till termodynamiken. Med en statistisk beskrivning utifrån ett systems mikroskopiska tillstånd kan man bestämma de medelvärden av mikroskopiska storheter som utgör termodynamiska makroskopiska storheter. Den moderna statistiska fysiken formuleras med hjälp av s.k. ensembleteori. Till de system som behandlas hör ideala gaser och icke-växelverkande spinn-system.

Kvantstatistiken visar hur symmetriegenskaperna hos de kvantmekaniska vågfunktionerna har betydelse för ett systems termodynamiska och statistiska egenskaper. Man särskiljer Bose-Einstein statistik för system med symmetriska vågfunktioner och Fermi-Dirac statistik för system med antisymmetriska vågfunktioner. Kvantstatistiken har tillämpningar på elektroner i metaller och halvledare, elektromagnetisk strålning, gittersvängningar, m.m.

Behörighet

Rekommenderade förkunskaper: Differential- och integralkalkyl (speciellt partiella derivator och funktioner av flera variabler), Matematisk statistik, Kvantmekanik samt Termodynamik (för F1).

Litteratur

S.J. Blundell and K.M. Blundell: Concepts in thermal physics (Second Edition, Oxford University Press, 2010). Kursen omfattar kapitel 1-8,11-30 och 35-37.

Examination

  • TEN1 - Tentamen, 6,0, betygsskala: A, B, C, D, E, FX, F

Krav för slutbetyg

Skriftlig tentamen (TEN1; 6 hp: problemlösning liknande den som har genomgåtts i kursen).

Ges av

SCI/Fysik grundutbildning

Kontaktperson

Anatoly Belonoshko (anatoly@kth.se)

Examinator

Anatoly Belonoshko <anatoly@kth.se>

Versionsinformation

Kursplan gäller från och med HT2010.
Examinationsinformation gäller från och med HT2007.