L?rebok:
Daniel V. Schroeder: "An Introduction to Thermal Physics". Der finnes to utgaver: "International edition" fra 2004 og "New international edition" fra 2014. De to utgavene er identiske (samme tekst p? samme sider) bortsett fra at 2014-utgaven har fjernet kapittelnummerering og detaljert innholdsfortegnelse. Derfor oppgir jeg pensumlisten litt mer detaljert her:
Part I: Fundamentals
Chapter 1: Energy in Thermal Physics
- 1.1 Thermal Equilibrium, 1
- 1.2 The Ideal Gas, 6
- 1.3 Equipartition of Energy, 14
- 1.4 Heat and Work, 17
- 1.5 Compression Work, 20
- 1.6 Heat Capacities, Latent Heat; Enthalpy, 28
- 1.7 Rates of Processes, Heat Conduction, Viscosity; Diffusion, 37
Chapter 2: The Second Law
- 2.1 Two-State Systems, 49
- 2.2 The Einstein Model of a Solid, 53
- 2.3 Interacting Systems, 56
- 2.4 Large Systems, 60
- 2.5 The Ideal Gas, 68
- 2.6 Entropy, 74
Chapter 3: Interactions and Implications
- 3.1 Temperature, 85
- 3.2 Entropy and Heat, 92
- 3.3 Paramagnetism, 98
- 3.4 Mechanical Equilibrium and Pressure, 108
- 3.5 Diffusive Equilibrium and Chemical Potential, 115
- 3.6 Summary and a Look Ahead, 120
Part II: Thermodynamics
Chapter 4: Engines and Refrigerators
- 4.1 Heat Engines, The Carnot Cycle, 122
- 4.2 Refrigerators, 127
Chapter 5: Free Energy and Chemical Thermodynamics
- 5.1 Free Energy as Available Work, 149
- 5.2 Free Energy as a Force toward Equilibrium, 161
- 5.3 Phase Transformations of Pure Substances, 166
- Diamonds and Graphite; The Clausius-Clapeyron Relation, The van der Waals Model, 166
- 5.6 Chemical Equilibrium, 208
Part III: Statistical Mechanics
Chapter 6: Boltzmann Statistics
- 6.1 The Boltzmann Factor, The Partition Function, 220
- 6.2 Average Values, 229
- 6.3 The Equipartition Theorem, 238
- 6.4 The Maxwell Speed Distribution, 242
- 6.5 Partition Functions and Free Energy, 247
- 6.6 Partition Functions for Composite Systems, 249
- 6.7 Ideal Gas Revisited, 251
Chapter 7: Quantum Statistics
- 7.1 The Gibbs Factor, 257
- 7.2 Bosons and Fermions, 262
- 7.3 Degenerate Fermi Gases, 271
- 7.4 Blackbody Radiation, 288
I tillegg regnes regneoppgaver og obliger som pensum i den forstand at vi forventer at du kan l?se tilsvarende oppgaver p? eksamen.
R.Baierlein: "Thermal Physics" kan ogs? anbefales som supplement til l?reboken angitt ovenfor.
Oversikt over pensum:
I kapittel 1 i l?reboken gjennomg?s grunnleggende klassisk termodynamikk. Ideell gass, f?rste hovedsetning, adiabatiske og isoterme prosesser, varmekapasitet.
Kapittel 2 fortsetter med andre hovedsetning basert p? et statistisk utgangspunkt. Tre systemer diskuteres: Ideell gass, Einstein-krystall og paramagnetisme. Begrepet entropi innf?res fra statistiske betraktninger.
Disse temaene f?res s? videre i kapittel 3 hvor makroskopiske st?rrelser som temperatur, trykk, kjemisk potensial, varme og entropi knyttes til det mikroskopiske statistiske utgangspunktet.
Kapittel 4 gir en kort innf?ring i varmekraftmaskiner, kj?leskap og varmepumper med vekt p? den ideelle Carnot-prosessen.
I kapittel 5 innf?res de termodynamiske potensialene, med anvendelser p? enkle kjemiske reaksjoner og faseoverganger. Videre etableres massevirkningsloven, og anvendes p? kjemiske reaksjoner, dissosiasjon av vann (pH), ionisasjon av hydrogen.
Kapittel 6 er viet klassisk statistisk mekanikk (Boltzmann-statistikk) og relasjonen mellom mikroskopiske kvantemekaniske egenskaper og makroskopiske termodynamiske st?rrelser.
Til slutt gir kapittel 7 en innf?ring i kvantestatistikk. Bosoner og Fermioner, degenerert Fermi-gass (eksempler: halvledere og hvite dvergstjerner), sort str?ling, energi og entropi for fotongass, Stefans lov.
L?ringsm?l:
Etter kurset skal studentene kunne:
Gj?re rede for og anvende termodynamikkens lover, samt grunnleggende termodynamiske st?rrelser og de matematiske sammenhengene mellom disse
Gj?re rede for den statistiske tolkningen av termodynamikken og sammenhengen mellom mikroskopiske og makroskopiske egenskaper
Anvende kombinatoriske metoder til ? analysere matematisk enkle systemer, inkludert beregning av termodynamiske egenskaper
Gjennomf?re beregninger for enkle prosesser og analysere praktiske anvendelser som varmekraftmaskiner
Sette opp uttrykk for de termodynamiske potensialene og deres termodynamiske identiteter, og bruke disse til ? utlede andre relasjoner
Gj?re rede for den grunnleggende fysikken bak faseoverganger for rene stoffer og bak kjemiske likevekter
Sette opp den kanoniske partisjonsfunksjonen for enkle klassiske systemer med forskjellige frihetsgrader, og anvende denne til utledning av termodynamiske egenskaper
Anvende kvantestatistiske fordelingsfunksjoner og sammenhengen mellom partikkeltall og kjemisk potensiale til ? analysere utvalgte systemer som degenerert Fermigass og str?ling fra sort legeme.