Αρχική Σελίδα   English Version


Σελίδα Μαθήματος : Θερμική και Στατιστική Φυσική

Κωδικός Μαθήματος: PCC305 
Εξάμηνο: 5
  Κατηγορία: Υποχρεωτικό
  Διδακτικές Μονάδες: 6
  Μονάδες ECTS:
  Διδάσκων:   Λεωνίδας Παλίλης  Λεωνίδας Παλίλης- Περισσότερες Πληροφορίες

Περιγραφή Μαθήματος

Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος
1) Θεωρώντας κάθε μακροσκοπικό σώμα ως ένα σύστημα μεγάλου αριθμού σωματιδίων που διέπονται από κβαντικούς νόμους προσδιορίζουμε από την στατιστική των κβαντικών καταστάσεων του συστήματος τις μακροσκοπικές ιδιότητες των μακροσκοπικών σωμάτων και ειδικότερα τους νόμους της Θερμοδυναμικής που διέπουν τις αλληλεπιδράσεις των σωμάτων
2) Υπολογίζοντας, βάσει της μικροσκοπικής δομής του συστήματος, τη συνάρτηση επιμερισμού Z και την εντροπία S του συστήματος, οδηγούμαστε θεωρητικά σε σχέσεις που επιτρέπουν τον υπολογισμό των μετρήσιμων μακροσκοπικών ιδιοτήτων ενός συστήματος συναρτήσει της θερμοκρασίας του και των εξωτερικών του παραμέτρων.
3) Η θεωρητική προσέγγιση (2) εφαρμόζεται, για λόγους κυρίως εμπέδωσής της, σε τρία συστήματα (κλασικό ιδανικό αέριο, παραμαγνητικό σύστημα, θεωρία της θερμοχωρητικότητας μονωτικών κρυστάλλων).
4) Κατανόηση της στατιστικής συμπεριφοράς μακροσκοπικών συστημάτων με μεταβλητό αριθμό σωματιδίων (ανοικτά συστήματα)
5) Κατανόηση της συμπεριφοράς συστημάτων που αποτελούνται από μη διακρίσιμα κβαντικά σωμάτια (κβαντικές στατιστικές Fermi-Dirac και Bose-Einstein)

Δεξιότητες
1. Ικανότητα να κατανοήσει τη μακροσκοπική θεωρία της θερμοδυναμικής και να μπορεί να υπολογίσει τα διάφορα θερμοδυναμικά δυναμικά και τις αντίστοιχες ιδιότητες μακροσκοπικών συστημάτων παρουσία και εξωτερικών πεδίων.
2. Ικανότητα να μελετάει τη στατιστική συμπεριφορά συστημάτων τόσο με σταθερό όσο και με μεταβλητό πλήθος σωματιδίων.
3. Ικανότητα να κατανοεί τη στατιστική συστημάτων με διακρίσιμα και με μη διακρίσιμα σωμάτια.
4. Ικανότητα να προσεγγίζει απλά και συνθετότερα προβλήματα στη στατιστική φυσική βασισμένα τόσο στις τρεις κύριες στατιστικές κατανομές (συλλογές) όσο και τις κατανομές της κλασσικής και κβαντικής στατιστικής.

Προαπαιτήσεις
1. Στοιχειώδης διαφορικός και ολοκληρωτικός λογισμός.
2. Στοιχειώδεις γνώσεις κβαντικής Φυσικής, Ηλεκτρομαγνητιμού και αναλυτικής Μηχανικής.
3. Στοιχειώδεις έννοιες θεωρίας πιθανοτήτων και στατιστικής.

Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος
1. Εισαγωγή στη μακροσκοπική θεωρία της Θερμοδυναμικής. Προσδιορισμός των σχέσεων μεταξύ των μακροσκοπικών μεταβλητών ενός συστήματος. Επίδραση εξωτερικών πεδίων στα θερμοδυναμικά δυναμικά και τις ιδιότητες ενός συστήματος.
2. Μικροκανονική κατανομή. Ορισμός της πιθανότητας μίας μικροκατάστασης. Θερμοδυναμική ισορροπία. Αυθόρμητη μετάβαση στη Θερμοδυναμική ισορροπία ενός απομονωμένου συστήματος. Στατιστικός ορισμός της εντροπίας. Νόμος της μέγιστης εντροπίας απομονωμένου συστήματος σε θερμοδυναμική ισορροπία.
3. Κανονική κατανομή. Θερμική ισορροπία. Η.προσθετικότητα της εντροπίας. Θεμελιώδης ταυτότητα της Θερμοδυναμικής. Θερμοκρασία. Συνθήκη θερμικής ευστάθειας. Νόμος της ελάχιστης ελεύθερης ενέργειας.
4. Συστήματα ανεξάρτητων και διακρίσιμων σωματιδίων με σταθερό αριθμό σωματιδίων (κλειστά συστήματα). Διαφορές στην καταμέτρηση των μικροκαταστάσεων και στην συνάρτηση επιμερισμού στην περίπτωση συστημάτων με μη διακρίσιμα σωματίδια.
5. Κλασικό ιδανικό αέριο.
6. Η θεωρία του παραμαγνητικού συστήματος. Η θερμική ψύξη. Αρνητική θερμοκρασία .
7. Η θεωρία της θερμοχωρητικότητας των μονωτικών κρυστάλλων.
8. Στατιστική συστημάτων με μεταβλητό αριθμό σωματιδίων (ανοικτά συστήματα). Μεγάλη συνάρτηση επιμερισμού και η θερμοδυναμική του συστήματος. Χημικό και γενικευμένο δυναμικό.
9. Κύριες αρχές της στατιστικής μη αλληλεπιδρώντων, διακρίσιμων, σωματιδίων με εφαρμογή στο ιδανικό αέριο Boltzmann (στατιστική Maxwell-Boltzmann).
10. Κύριες αρχές της στατιστικής μη αλληλεπιδρώντων, μη διακρίσιμων, σωματιδίων με εφαρμογή στα αέρια Fermi (στατιστική Fermi-Dirac) και Bose (στατιστική Bose-Einstein).

Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι
Προφορική ανάπτυξη της θεωρίας και επίλυση ενδεικτικών προβλημάτων στο τέλος κάθε κεφαλαίου.

Μέθοδοι αξιολόγησης/βαθμολόγησης
Γραπτή τελική εξέταση

Γλώσσα διδασκαλίας
Ελληνικά. Η γλώσσα εξέτασης θα μπορούσε να είναιι και στα Αγγλικά.



Προτεινόμενη Βιβλιογραφία
Mandl F., “Statistical Physics”, John Wiley & Sons, (1984) (Available in Greek, Translation).
Reif F., “Fundamentals of Statistical and Thermal Physics”, McGraw-Hill, (1965).
Reif F., “Statistical Physics: Berkeley Physics Course, Vol. 5”, (1967).
Kittel C., Kroemer H., "Thermal Physics" 2nd ed., CBS Publishers & Distributors, 1980.
Landau L. D. and Lifshitz E. M., "Statistical Physics Part 1" 3rd ed., Pergamon.
Rosser W. G. V., “An Introduction to Statistical Physics”, Ellis Horwood, (1982).
Huang K., “Introduction to Statistical Physics” CRC Press (2001).
Stowe K., “An introduction to Thermodynamics and Statistical Mechanics” Cambridge University Press (2007).
Hagelstein P. L., Senturia S. D., Orlando T. P., “Introductory Applied Quantum and Statistical Mechanics” John Wiley & Sons, Inc. (2004).
Vergados I. D. and Triantafyllopoulos H. S., “Statistical Physics”, Athens (1991). (in Greek)
Economou, E. N. “Statistical Physics and Thermodynamics”, Crete University Press, Athens (2002). (In Greek)


Χρήσιμα Αρχεία

Ασκήσεις
 2o_σετ_ασκήσεων_Θερμική_Μικροκαν_Κανον_Κατανομή  2016-01-12
 Απαντήσεις_2ο_σετ_ασκήσεων  2016-01-13
 Συνοπτικές_λύσεις_εφαρμογών_ασκήσεων_Θερμικής_και_Στατιστικής_Φυσικής  2012-01-15
 Εφαρμογές_Ασκήσεις_Θερμικής_και_Στατιστικής_Φυσικής  2011-12-29

Θέματα
  Θέματα_τελικής_εξέτασης_02_2016  2016-06-27
  Θέματα_επαναληπτικής_εξέτασης_09_2016  2016-10-06
 Aπαντήσεις_θεμάτων_προόδου_01_2015  2015-02-10
 Aπαντήσεις_θεμάτων_προόδου_01_2016(rvsd)   2016-03-07
 Απαντήσεις_θεμάτων_προόδου_12_2016  2017-02-03
 Aπαντήσεις_θεμάτων_προόδου_2017_2018  2018-02-13
 Aπαντήσεις_θεμάτων_εξέτασης_02_2016  2016-03-09
 Aπαντήσεις_θεμάτων_εξέτασης_02_2017   2017-03-15
 θέματα προόδου   2012-01-15
 Θέματα προόδου 01_14  2014-02-05
 Θέματα προόδου 01_15  2015-02-02
 Θέματα επαναληπτικής εξέτασης 09_13  2014-02-05
 Θέματα εξέτασης 11_02_2015  2015-03-05
 Θέματα εξέτασης 19_02_2014  2014-03-06
 Θέματα_προόδου_01_16  2016-02-07
 Θέματα_προόδου_12_2016  2017-01-26
 Θέματα_προόδου_12_2017  2018-01-23
 Θέματα_προόδου_19_12_12   2013-01-09
 Θέματα_Ιουνίου_2015  2016-01-12
 Θέματα_Ιουνίου_2016   2016-09-13
 Θέματα_Ιουνίου_2017  2017-08-28
 Θέματα_Ιουνίου_2018  2018-07-09
 Θέματα_Σεπτεμβρίου_2015  2016-01-12
 Θέματα_Σεπτεμβρίου_2017   2017-09-07
 Θέματα_τελικής_εξέτασης_02_07_14  2014-07-03
 Θέματα_τελικής_εξέτασης_02_2017   2017-03-09
 Θέματα_τελικής_εξέτασης_02_2018   2018-02-15
 Θέματα_τελικής_εξέτασης_06_02_13  2013-02-07
 Θέματα_τελικής_εξέτασης_24_01_12  2012-01-25
 Θέματα_επαναληπτικής_εξέτασης_04_09_12  2012-09-04
 Θέματα_επαναληπτικής_εξέτασης_09_14   2014-12-25
 Λύσεις_θεμάτων_εξέτασης_02_2014  2014-06-27
 Λύσεις_θεμάτων_εξέτασης_02_2015  2015-03-05
 Συνοπτικές_απαντήσεις_θεμάτων_προόδου  2012-01-15
 Συνοπτικές_απαντήσεις_θεμάτων_προόδου_01_14  2014-02-05
 Συνοπτικές_λύσεις_θεμάτων_προόδου_19_12_12   2013-01-09
 Συνοπτικές_λύσεις_θεμάτων_τελικής_εξέτασης_06_02_13  2013-02-14
 Συνοπτικές_λύσεις_θεμάτων_τελικής_εξέτασης_24_01_12  2012-01-26
 Συνοπτικές_λύσεις_θεμάτων_επαναληπτικής_εξέτασης_09_13  2014-02-06
 Συνοπτικές_Λύσεις_Θεμάτων_Εξέτασης_07_14   2014-12-22
 Συνοπτικές_Λύσεις_Θεμάτων_Εξέτασης_09_12  2012-09-06
 Συνοπτικές_Λύσεις_Θεμάτων_Εξέτασης_09_14   2014-12-25

Αποτελέσματα Εξετάσεων
 Aποτελέσματα_προόδου_2017_2018  2018-02-12
 Τελικά_Aποτελέσματα_02_2018   2018-03-08
 Τελικά_Aποτελέσματα_06_2018   2018-07-09

Διάφορα
 Aνακοίνωση_για_πρόοδο_2017_2108  2017-12-27
 Ανακοίνωση_εξεταστέας_ύλης_02_2018  2018-01-23