1. komponenta

Vrsta nastave	Ukupno
Predavanja	30
Auditorne vježbe	15

* Opterećenje je izraženo u školskim satima (1 školski sat = 45 minuta)

CILJEVI PREDMETA: Ciljevi kolegija Statistička fizika su razumijevanje odnosa termodinamike i statističke fizike te usvajanje temeljnih pojmova statističkog opisa sustava u termodinamičkoj granici: entropije, termodinamičkih potencijala, ansambla, jednočestičnih raspodjela, fluktuacija.

ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA KOJIMA PREDMET DOPRINOSI:

1. ZNANJE I RAZUMJEVANJE
1.1. formulirati i obrazložiti temeljne zakone fizike što uključuje mehaniku, elektromagnetizam i termodinamiku;
1.2. pokazati temeljito poznavanje važnijih fizikalnih teorija što uključuje njihovo značenje, eksperimentalnu motivaciju i potvrdu, logičku i matematičku strukturu i povezane fizikalne pojave;

2. PRIMJENA ZNANJA I RAZUMJEVANJA
2.1. razviti način razmišljanja koji omogućava postavljanje modela ili prepoznavanje i primjenu postojećih modela u traženju rješenja za konkretne fizikalne i analogne probleme
2.2. prepoznati analogije u situacijama koje su fizikalno različite, kao i u situacijama analognim fizikalnima te iskoristiti poznata rješenja u novim problemima
2.4. primijeniti postojeće modele za razumijevanje i objašnjenje novih eksperimentalnih pojava i podataka

3. STVARANJE PROSUDBI
3.1 raditi u istraživačkom timu s visokim stupnjem samostalnosti i preuzeti odgovornost za planiranje i provođenje dijela istraživanja i/ili projekta
3.2 razviti osjećaj osobne odgovornosti kroz samostalni odabir izbornih sadržaja ponuđenih u studijskom programu
3.3 demonstrirati poznavanje etičkih načela znanstvenih istraživanja

4. KOMUNIKACIJSKE SPOSOBNOSTI
4.1. raditi u interdisciplinarnom timu

5. SPOSOBNOST UČENJA
5.3. uključiti se u znanstveni rad i istraživanja u sklopu doktorskog studija
5.4. uključiti se u visokostručni rad koji zahtjeva modeliranje, provođenje numeričkih proračuna i primjenu tehnologija temeljenih na razvoju fizike


OČEKIVANI ISHODI UČENJA NA RAZINI PREDMETA:

Do završetka kolegija student treba biti sposoban:
1. pokazati temeljito poznavanje apstraktne termodinamike na elementarnoj razini teorije funkcija više varijabli;
2. objasniti razliku termodinamike i teorijske mehanike, odnosno termalizaciju kao realni fizički proces;
3. opisati ulogu termalizacije i Liouvilleovog teorema u utemeljenju statističke fizike;
4. objasniti fizičku konstrukciju termodinamičkih potencijala, preko energija interakcije sustava i vanjskog svijeta;
5. pokazati temeljito poznavanje statističke interpretacije termodinamičkih potencijala, posebno entropije i Massieuovih funkcija;
6. objasniti ulogu kemijskog potencijala i njegovo kvalitativno ponašanje u klasičnoj i kvantnoj granici;
7. kvalitativno i kvantitativno opisati pet idealnih plinova (fermiona, bozona, svjetla, zvuka, magnetskih momenata), u klasičnoj i kvantnoj granici;
8. izložiti osnovna svojstva faznih prijelaza prve i druge vrste, sa kvalitativnom i kvantitativnom primjenom na ukapljivanje plina i feromagnetizam u okviru van der Waalsovog odn. Weissovog pristupa;
9. objasniti fizičke uzroke i međusobne odnose fluktuacija, disipacije, i makroskopske ireverzibilnosti.
Provjera operativne razine razumijevanja je na pismenom, a spoznajne razine na usmenom ispitu.


SADRŽAJ PREDMETA:

1. Termodinamika kao autonomna disciplina
1.1. Uvod. Osnovni pojmovi
1.2. Prvi zakon termodinamike. Strojevi
1.3. Drugi zakon termodinamike. Reverzibilnost i entropija
1.4. Termodinamički potencijali
1.5. Praktični računi
2. Uvod u statističku fiziku
2.1. Osnovna razmatranja
2.2. Ansambl: univerzalni nasumični model
2.3. Veza s termodinamikom
3. Kanonski i velekanonski ansambl
3.1. Kanonski ansambl
3.2. Velekanonski ansambl
3.3. Sume po stanjima kao funkcije izvodnice
3.4. Klasični idealni plin
3.5. Maxwellova raspodjela i ekviparticija energije
4. Kvantna statistička fizika
4.1. Osnovna razmatranja
4.2. Idealni fermionski plin
4.3. Idealni bozonski plin
4.4. Praktični računi u konačnom sistemu
5. Primjeri i modeli
5.1. Barometrijska formula
5.2. Kemijske reakcije
5.3. Dvoatomne molekule
5.4. Magnetska polja
5.5. Paramagnetizam
5.6. Toplinski kapacitet kristala
5.7. Van der Waalsov model ukapljivanja plina
5.8. Makroskopska analiza stabilnosti
5.9. Feromagnetizam
6. Fluktuacije i neravnotežni procesi
6.1. Brownovo gibanje
6.2. Termodinamičke fluktuacije
6.3. Wiener-Khintchineov teorem
6.4. Nyquistov teorem
6.5. Povratak u ravnotežu kao ireverzibilni proces
6.6. Onsagerove relacije

OBVEZE STUDENATA:

Studenti su dužni položiti četiri od šest kolokvija, koji se održavaju tijekom godine.

OCJENJIVANJE I VREDNOVANJE RADA STUDENATA:

Studenti mogu pristupiti usmenom ispitu ako su položili pismeni. Pismenom ispitu mogu pristupiti ako polože četiri od šest kolokvija tokom godine sa prolaznom ocjenom. Ako svih šest polože sa ocjenom 4 ili 5, dobivaju ocjenu više na pismenom ispitu.

1. C. Kittel, Elementary Statistical Physics, Dover 2004, ISBN 0486435148.
2. R. Kubo et al., Statistical mechanics: an advanced course with problems and solutions, North-Holland, Amsterdam 1988, ISBN 0444871039
3. Skripta: http://www.phy.hr/dodip/notes/statisticka.html

Upis predmeta :
Položen : Klasična mehanika 2
Položen : Opća fizika 4

Obavezni predmet - Redovni Studij - Fizika; smjer: istraživački