Статистична фізика і термодинаміка
Спеціальність: Прикладна фізика та наноматеріали
Код дисципліни: 6.105.00.O.040
Кількість кредитів: 4.00
Кафедра: Прикладна фізика і наноматеріалознавство
Лектор: професор Лукіянець Богдан Антонович
Семестр: 7 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає фориування у здобувачів освіти компетентностей:
Загальні компетентності (ЗК)
ЗК 2. Здатність навчатися, сприймати набуті знання в предметній області та інтегрувати їх із уже наявними;
ЗК 4. Здатність здійснювати пошук та аналізувати інформацію з різ¬них джерел;
ЗК 5. Набуття гнучкого способу мислення, який дає можливість зрозуміти й розв’язати проблеми та задачі, зберігаючи при цьому критичне відношення до усталених наукових концепцій;
Фахові компетентності (ФК)
ФК 3. Здатність використовувати закони та принципи фізики у поєднанні із потрібними математичними інструментами для вирішення задач прикладної фізики та наноматеріалознавства;
ФК 4. Здатність формулювати, аналізувати та синтезувати рішення складних непередбачуваних задач і проблем у спеціалізованих сферах професійної діяльності або навчання;
ФК 5. Здатність інтегрувати знання з інших дисциплін, застосовувати системний підхід та враховувати нетехнічні аспекти при розв’язанні інженерних задач та проведенні досліджень у галузі прикладної фізики та наноматеріалів;
ФК 8.Здатність розуміти і враховувати соціальні, екологічні, етичні, економічні аспекти, що впливають на формування поточних та перспективних рішень;
Фахові компетентності професійного спрямування (ФКС)
ФКС1.3. Здатність аналізувати властивості наноматеріалів та можливості їхнього застосування для вирішення задач прикладної фізики.
Результати навчання: • основні фізичні поняття, явища та закони, що складають феноменологічний опис термодинамічних властивостей рівноважних та нерівноважних систем;
• основні положення методу статистичного опису макроскопічних систем мовою термодинамічних ансамблів;
• ефективні методи розрахунку термодинамічних функцій модельних статистичних ансамблів.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: пререквізити:
• Математичний аналіз
• Молекулярна фізика
• Теоретична Механіка
• Електродинаміка та теорія поля
• Математичний аналіз
Короткий зміст навчальної програми: Основні поняття і закони термодинаміки. Метод термодинамічних потенціалів. Умови рівноваги і стабільності. Фазові переходи. Основи нерівноважної термодинаміки. Елементи кінетичної теорії газів. Броунівський рух. Випадкові процеси. Основні принципи класичної статистичної механіки Гіббса. Статистичні квантові ансамблі Гіббса. Мікроканонічний ансамбль. Канонічний та великий канонічний ансамбль. Статистична теорія ідеальних систем. Статистична теорія класичних неідеальних систем. Статистична механіка системи класичних і квантових граткових і спінових систем. Квантова статистична механіка систем тотожних частинок. Теорія термодинамічних флуктуацій.
Опис: Основні положення термодинаміки Термодинамічна система. Мікроскопічний і макроскопічний її опис,. Ідеальний газ. Параметри стану. Рівняння стану ідеального стану. Зворотні та незворотні процеси. Політропні процеси
Закони (принципи) термодинаміки 1-й закон термодинаміки. 2-й закон термодинаміки. 3-й закон термодинаміки.
Термодинаміка і статистична фізика Термодинамічні потенціали. Спряжені термодинамічні змінні. Диференціали від термодинамічних потенціалів
Основні принципи статистики Мікроскопічний і макроскопічний стани системи Число станів і густина станів Середні значення фізичних величин Мікроканонічний розподіл . Ентропія
Статистична термодинаміка. Теплові двигуни. Цикл Карно. Умови рівноваги Термодинамічні нерівності
Розподіл Фермі – Дірака. Елементарні збудження в ідеальному електронному газі. Теплоємність виродженого електронного газу. Електронний газ у магнітному полі. Парамагнетизм Паулі і діамагнетизм Ландау
Розподіл Бозе – Айнштайна Бозе-ейнштейнівська конденсація Термодинамічні функції виродженого бозе-газу. Випроомінювання абсолютно чорного тіла. Модель Дебая
Залежність термодинамічних величин від числа частинок Хімічний потенціал. Рівновага тіла в зовнішньому полі. Термодинаміка діелектриків і магнетиків
Розподіл Гіббса. Канонічний розподіл. Великий канонічний розподіл. Великий канонічний розподіл і термодинаміка.
Фазові переходи. Умови рівноваги фаз. Рівняння Клапейрона – Клаузіуса. Переходи газ–рідина. Флуктуації густини поблизу критичної точки. Теорія Ландау
Нерівноважна термодинаміка. Вихідні положення нерівноважної термодинаміки. Явища переносу. Способи обчислення термодинамічних сил. . Виробництво ентропії в нерівноважних системах
Методи та критерії оцінювання: • письмові контрольні роботи -30 балів
• екзамен -70 балів
Критерії оцінювання результатів навчання: 88-100 балів Атестований з оцінкою „відмінно”
71-87 балів Атестований з оцінкою „добре”
50-70 балів Атестований з оцінкою „задовільно”
26-49 балів Не атестований – оцінка „незадовільно”
00-25 балів Не атестований
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Єрмолаєв О.М., Раба Г.І. Вступ до статистичної фізики і
термодинаміки. – Харків: ХНУ, 2004
2. Кобилянський В.Б. Статистична фізика. – К.: Вища школа, 1972.
3. Вакарчук І. О., Кнігініцький О. В., Попель О.М., Кулій Т. В. Збірник задач з термодинамікиі статистичної фізики. – Львів: ЛНУ, 1998
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).