Statistische Physik
Winter 2017/18
Mi, 14.00 - 15.30 | HS III
Fr, 10.00 - 11.30 | HS III
Überblick
Gegenstand der Vorlesung ist eine Einführung in die statistische Beschreibung der Natur anhand fundamentaler Konzepte wie der Entropie, thermischer Gleichgewichte und statistischer Potentiale. Grundlagen der Thermodynamik. Gleichgewicht in wechselwirkungsfreien und wechselwirkenden Systemen.Übungen
Die Übungen finden am Dienstag statt. Erster Übungstermin ist Dienstag, 17. Oktober 2017.Die Einteilung der Übungsgruppen finden Sie in dieser Übersicht.
Übungsblätter
- Übungsblatt 0: Erwartungswert und Varianz, Verteilungen, Wahrscheinlichkeitsverteilung zweier Zufallszahlen
- Übungsblatt 1: Tiny cube, Zwei-Niveau-System, Thermalisierung eines Gittergases [Musterlösung als julia notebook]
- Übungsblatt 2: Molekülkette, Kugelvolumen in höheren Dimensionen
- Übungsblatt 3:
Ideales Gas mit internen Freiheitsgraden, Druck-Gleichgewicht,
Satz von Liouville [julia notebook],
Zentraler Grenzwertsatz [julia notebook (v0.5), (v0.6)] - Übungsblatt 4: Mikrokanonisches und kanonisches Ensemble, Simulation eines idealen Gases [julia notebook]
- Übungsblatt 5: Ising Paramagnet, Shannon-Entropie und Datenkompression, Gibbs Entropie
- Übungsblatt 6: Zwei-Niveau-System mit variierender Teilchenzahl, Wasserstoffatom, Jacobi-Determinante
- Übungsblatt 7: Ideales Bose-Gas, Teilchenstatistik
- Übungsblatt 8: Vollständige und unvollständige Differentiale, Wärme als unvollständiges Differential, Druck des idealen Gases
- Übungsblatt 9: Klimaanlage, Maxwellscher Dämon, Entropieänderung eines idealen Gases
- Übungsblatt 10:
Maxwell-Relationen, Barometrische Höhenformel, Otto-Kreisprozess, Photonengas,
Adiabatische Entmagnetisierung - Übungsblatt 11: van der Waals Gas, Simulation des Lennard-Jones Gases [julia notebook]
- Übungsblatt 12: Landau-Theorie des van der Waals Gases, Simulation des Ising Modells [julia notebook]
- Bonusblatt 13: Landau-Theorie des Ising Ferromagneten, Belousov Zhabotinsky Reaktion [julia notebook]
Syllabus / Vorlesungen
- Woche 1: Einführung, Entropie, Temperatur, Thermisches Gleichgewicht
- Woche 2: Mechanisches Gleichgewicht, Ideales Gas
- Woche 3: Ideales Gas, Einstieg Ensemble-Theorie, Wahrscheinlichkeiten
- Woche 4: Zentraler Grenzwertsatz
- Woche 5: Kanonisches Ensemble [demo Maxwell-Verteilung]
- Woche 6: Gleichverteilungssatz, Gibbs Entropie, Großkanonisches Ensemble
- Woche 7: Quantengase
- Woche 8: Quantengase, Einführung Thermodynamik
- Woche 9: 1. + 2. Hauptsatz, Wärmekraftmaschinen
- Woche 10: reversible + irreversible Prozesse, 3. Hauptsatz, residuelle Entropien
- Woche 11: Thermodynamische Potentiale, Legendre-Transformationen, freie Energie
- Woche 12: Einführung Phasenübergänge, van der Waals Gas
- Woche 13: van der Waals Gas, Ferromagnetismus
- Woche 14: Ising Modell
- Woche 15: Nichtgleichgewichtsphysik: stochastische Prozesse, Mastergleichung, H-Theorem
Literatur
- Kittel und Kroemer, Thermodynamik (Oldenbourg)
- Fliessbach, Statistische Physik. Lehrbuch zur Theoretischen Physik IV (Spektrum)
ebook (UzK intern) - von Dongen, Statistische Physik (Springer)
Von der Thermodynamik zur Quantenstatistik in fünf Postulaten
ebook (UzK intern) - Reif, Statistische Physik und Theorie der Wärme (de Gruyter)
Klausuren
Klausur: Mittwoch, 28. Februar 2018 | 9.00 - 12.00 | HS INachklausur: Mittwoch, 28. März 2018 | 9.00 - 12.00 | HS I
Mailing-Liste
Wir haben für alle TeilnehmerInnen der Vorlesung eine Mailing-Liste eingerichtet, über welche wir weiterführende Informationen zu Vorlesung, Übungen und Übungsbetrieb verschicken werden:Wir bitten alle Studierenden, sich auf dieser Mailing-Liste einzutragen.