A.A. 2014/2015
Corso di Laurea Triennale in
Fisica
Termodinamica con elementi di meccanica statistica
Codice SCC0108
Vincenzo G. Benza
CFU
SSD
Lezioni
Esercitazioni
Laboratorio
(ore)
(ore)
(ore)
7
FIS/07
56
[inserire voce: es.
attività di campo;
seminari; uscite;…]
(ore)
Anno
Lingua
II
italiano
Obiettivi dell’insegnamento e risultati di apprendimento attesi
Integrazione delle conoscenze di meccanica, elettromagnetismo e meccanica quantistica
elementare entro il quadro della termodinamica statistica, presentata come modello di
teoria generale, cioe' indipendente dalla natura specifica delle interazioni .Capacita' di
affrontare problemi che richiedono la conoscenza di piu' aree della fisica.Apertura all'utilizzo
dell'approccio statistico ad altre discipline .
Controllo delle diverse fasi della soluzione di un problema: stima degli ordini di grandezza,
formalizzazione, approccio perturbativo, approccio variazionale, verifica della soluzione.
Prerequisiti
Meccanica hamiltoniana,elettromagnetismo,elementi di meccanica quantistica
Contenuti e programma del corso
Teoria cinetica dei gas perfetti;postulati di Maxwell
Conduzione del calore; legge di Fourier
Equazione di difffusione
Equipartizione e integrale gaussiano
Calore specifico dei gas
Calore specifico dei solidi ad alta temperatura
Primo principio
Ciclo di Carnot
Teorema di Carnot
Entropia
Secondo principio
Entropia di mixing
Formulazione assiomatica della termodinamica
Postulato dell'entropia
Forze generalizzate
Temperatura,pressione,potenziale chimico
Equazione fondamentale ed equazione di stato
Schema dell'energia
Equilibrio per fissato valore di una forza generalizzata
Potenziali termodinamici e trasformazioni di Legendre
Relazioni di Maxwell
Coefficienti di espansione e compressibilita'
Relazioni tra i coefficienti termici
Energia libera di Helmoltz e di Gibbs
Equazione di Eulero e relazione di Gibbs-Duhem
Coesistenza di fase ed equazione di Clapeyron
Energia libera di Gibbs ad una transizione di fase di prima specie
Espansione di Joule-Thomson
Random walk in D=1 in presenza di una forza deterministica
Equazione di Fokker-Planck e sua soluzione di equilibrio
Sistema di spin paramagnetici:entropia, temperature negative
Polimero in D=2 e forza entropica
Introduzione alla meccanica statistica
insieme microcanonico
Conteggio dei microstati e misura sullo spazio delle fasi
Paradosso di Gibbs ed entropia del gas perfetto
Entropia di Shannon e formula di Gibbs
Lunghezza d'onda termica
Insieme canonico
Funzione di partizione ed energia libera di Helmholtz
Fluttuazioni in energia
Oscillatori armonici
Modello di Ising in D=1
Insiemi generalizzati
Funzioni di correlazione per le osservabili
Insieme macrocanonico
Funzione di partizione gran canonica
Distribuzione di Bose
Modelli di Einstein e di Debye dei solidi
Calore specifico dei solidi a bassa temperatura
Spettro del corpo nero
Distribuzione di Fermi
Calore specifico degli elettroni nei conduttori
Tipologia delle attività didattiche
Lezioni frontali suddivise in teoria e soluzione di problemi.
Testi e materiale didattico
S.Rosati:
“Fisica Generale I”
C.E.Ambrosiana
L.Peliti:
“Appunti di meccanica statistica”
Bollati Boringhieri
H.B.Callen:
“Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics”
Wiley
M.Le Bellac,F.Mortessagne,G.George Batrouni :
“Equilibrium and Non-Equilibrium Statistical Thermodynamics”
Cambridge U.Press
Modalità di verifica dell’apprendimento
Durante il corso vengono assegnati due compiti (contenenti 5 problemi ciascuno) da
svolgersi a casa in una settimana. L'esame finale e' scritto e ricopre l'intero programma. I
giudizi dei due compiti a casa pesano per il 40% del voto finale, che, se accettato, viene
registrato. Se lo studente ritiene che il voto non corrisponda alla sua preparazione, puo'
migliorare sottoponendosi ad una prova orale sulla parte finale del corso.
Orario di ricevimento
martedi'-giovedi' h.11-13
Calendario delle attività didattiche
Collegamento ipertestuale alla pagina degli orari e sedi del CdS
Appelli d'esame
Collegamento ipertestuale alla bacheca appelli
