Formålet med kurset er at give de studerende en introduktion til termodynamikkens grundbegreber på basis af elementer fra statistisk fysik. De studerende opnår et kendskab til, hvorledes termodynamikken udledes fra den statistiske fysik, og bliver i stand til at udføre beregninger på simple systemer inden for den statistiske fysik og termodynamikken.
Læringsmål:
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
Operere med begreberne multiplicitet, entropi og temperatur, og redegøre for deres sammenhæng.
Beregne sandsynligheden for at finde et system i en given tilstand med kendt energi, hvis systemet er i ligevægt med et varmebad.
Beregne tilstandssummen for simple modelsystemer med diskrete tilstande.
Beregne middelenergi, fri energi og entropi ud fra tilstandssummen.
Beregne volumen, tryk og temperaturændringer for en idealgas der gennemgår de fire fundamentale processer: isochor, isobar, isoterm og reversibel adiabat.
Beregne tilført varme og arbejde for en idealgas der udfører en eller flere processer.
Beregne virkningsgraden for en simpel kraftvarmemaskine og effektfaktoren for en simpel kølemaskine.
Anvende termodynamikken første og anden hovedsætning.
Vurdere, om en proces er mulig ved hjælp af begreberne entropi og fri energi.
Gennemføre en Metropolis Monte Carlo simulering af et simpelt modelsystem, og redegøre skriftligt for simuleringerne.
Fortolke resultaterne af en Metropolis Monte Carlo simulering, og redegøre skriftligt for disse.
Samarbejde i en mindre gruppe om at gennemføre et konkret projekt.
Kursusindhold:
Termodynamiske tilstande og tilstandsligninger. Faser og faseovergange. Statistisk ensemble. Entropi og temperatur. Termodynamikkens hovedsætninger. Boltzmann faktoren. Fri energi. Varme, arbejde og energiomdannelse. Idealgas processer.
Litteratur:
Lærebog: Charles Kittel and Herbert Kroemer: Thermal Physics, (W. H. Freeman and Company, 1980), ISBN 0-7167-1088-9.
