Statistische Physik
Winter 2026/27
Mo, 10.00 | Bereitstellung der Vorlesungs-Videos
auf dieser Kurswebseite und parallel auf Vimeo
Di | Übungsgruppen
Einteilung in der ersten Semesterwoche
Do, 12.00 | Fragestunde und Quiz
Prof. Simon Trebst und Malte Pütz, 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.
Diese Vorlesung wird erstmals in einem
"flipped classroom"-Format
angeboten, welches online-Videos der Vorlesungen mit Frage/Quiz-Veranstaltungen kombiniert.
"flipped classroom"-Format
angeboten, welches online-Videos der Vorlesungen mit Frage/Quiz-Veranstaltungen kombiniert.
Die Vorlesungen werden immer montags als Videos über diese Webseite zur Verfügung gestellt.
Die Übungen finden am Dienstag statt — je nach Gruppe in Präsenz oder via Zoom. Erster Übungstermin ist Dienstag, 13. Oktober 2026. Die Einteilung erfolgt über KLIPS. Bei Fragen zum Übungsbetrieb wenden Sie sich bitte an Malte Pütz.
Am Ende der Woche veranstalten wir donnerstags eine 90-minütige Fragestunde, in der wir den Stoff der Woche noch einmal Revue passieren lassen, Ihre Fragen besprechen und einen gemeinsamen Quiz durchführen. Diese Veranstaltung findet donnerstags ab 12 Uhr in Präsenz in HS III statt.
Wir haben mit einem ähnlichem Format für speziell diese Vorlesung im Wintersemester 2020/21 sehr gute Erfahrungen gemacht, und haben es im Wintersemester 2023/24 auch jenseits der Pandemie etablieren können.
Vorlesungen
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Woche 1 (12. Oktober 2026)
- Präsenz-Übung: Wie wahrscheinlich ist das denn?, Traue keiner Statistik ..., Wartezeiten
- Übungsblatt 1: Tiny cube, Zwei-Niveau-System, Thermalisierung eines Gittergases [julia notebook]
Syllabus
- Teil A:
Entropie & Temperatur
Entropie Video A1, Skript 1-6
Thermisches Gleichgewicht Video A2, Skript 7-12
Mechanisches Gleichgewicht Videos A3.1, A3.2, Skript 13-17
Ideales Gas Video A4, Skript 18-23 - Teil B:
Statistische Thermodynamik & Ensemble-Theorie
Einstieg Ensemble-Theorie Video B1, Skript 24-26
Wahrscheinlichkeiten, Verteilungen Video B2, Skript 26-30
Zentraler Grenzwertsatz Video B3, Skript 30-33
Mikrokanonisches Ensemble Video B4, Skript 34-35
Kanonisches Ensemble Video B5, Skript 36-39
Kinetische Gastheorie / Maxwell-Verteilung Video B6, Skript 40-42
Gleichverteilungssatz Video B7, Skript 43-45
Gibbs Entropie Video B8, Skript 46-48
Großkanonisches Ensemble Video B9, Skript 49-52
Quantengase
Teilchenstatistik: Bosonen und Fermionen Video B10.1, Skript 53-56
Fermi-Dirac und Bose-Einstein Verteilungen Video B10.2, Skript 57-58
Fermi-Gase Video B10.3, Skript 59-61
- Teil C:
Thermodynamik
Thermodynamik und Entropie Video C1, Skript 62-64
Arbeit und Wärme (1. Hauptsatz) Video C2, Skript 65-69
Entropie und Wärme (2. Hauptsatz) Video C3, Skript 69-71
Wärmekraftmaschinen, Wirkungsgrade Video C4, Skript 72-75
Carnot-Prozess Video C5, Skript 75-77
Alternative Formulierung 2. Hauptsatz Video C6, Skript 78-78
Reversible + irreversible Prozesse, Zeitrichtung Video C7, Skript 79-82
Tiefe Temperaturen (3. Hauptsatz) Video C8, Skript 83-87
Thermodynamische Potentiale
Zustandsgrößen und thermodynamische Potentiale Video C9.1, Skript 88-90
Legendre-Transformationen Video C9.2, Skript 91-93
Freie Energie Video C9.3, Skript 94-99 - Teil D:
Phasenübergänge
Wettstreit zwischen Energie und Entropie Video D1, Skript 101-103
Phasengleichgewichte Video D2, Skript 104-106
van der Waals Gas
Zustandssumme, freie Energie, Isotherme Video D3.1, Skript 106-109
Phasenübergang, Maxwell-Konstruktion Video D3.2, Skript 109-111
Kritischer Endpunkt Video D3.3, Skript 112-116
Ferromagnetismus
Phänomenologische Einführung Video D4.1, Skript 117-120
Mikroskopische Beschreibung, Ising Modell Video D4.2, Skript 120-123
Curie-Weiss Theorie Video D4.3, Skript 123-126
Exakte Lösung des 1D Ising Modells Video D4.4, Skript 127-132 - Teil E:
Nichtgleichgewichtsphysik
Stochastische Prozesse, Mastergleichung Video E1, Skript 133-137
H-Theorem Video E2, Skript 138-139
Asymptotik von Markov-Prozessen Video E3, Skript 140-142
Eine gut verlinkte LaTex-Version des Scripts hat sich Felix Höddinghaus erstellt, die wir hier gerne teilen.
Literatur
- Kittel und Kroemer, Thermodynamik (Oldenbourg)
Uni-Bibliothek - 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)
Uni-Bibliothek