Термодинаміка та статистична фізика 2

Предметом вивчення дисципліни є фізичні явища в різноманітних системах. На базі статистичного опису та побудови рівнянь для термодинамічних потенціалів побудувати теорії поведінки цих систем.
Мета дисципліни: Навчити студентів специфічному підходу до опису природних явищ. Основними рівняннями є рівняння збереження: (імпульсу, енергії, маси) і кінетичні рівняння (описують зміну властивостей систем з часом);Навчити студентів специфічного математичного апарату теорії подібностей;Навчити студентів основним рівнянням термодинаміки  та дослідженню властивостей їхніх розв’язків і фізичною інтерпретацією цих властивостей. 
Задачі дисципліни: 
Навчити студентів розумінню того яким чином математичний апарат теорії узгоджується з її фізичним змістом і розвинути вміння робити на підставі математичного апарата фізичні висновки;
Навчити студентів вирішувати якомога більш широке коло задач, що розв’язуються термодинамікою і що використовують, розвинути в них здатність самостійно ставити і вирішувати ці задачі*
 
Основні результати навчання

ПР01. Знати, розуміти та вміти застосовувати основні положення загальної та теоретичної фізики, зокрема, класичної, релятивістської та квантової механіки, молекулярної фізики та термодинаміки, електромагнетизму, хвильової та квантової оптики, фізики атома та атомного ядра для встановлення, аналізу, тлумачення, пояснення й класифікації суті та механізмів різноманітних фізичних явищ і процесів для розв’язування складних спеціалізованих задач та практичних проблем з фізики та/або астрономії.
ПР02. Знати і розуміти фізичні основи астрономічних явищ: аналізувати, тлумачити, пояснювати і класифікувати будову та еволюцію астрономічних об’єктів Всесвіту (планет, зір, планетних систем, галактик тощо), а також основні фізичні процеси, які відбуваються в них.
ПР03. Знати і розуміти експериментальні основи фізики: аналізувати, описувати, тлумачити та пояснювати основні експериментальні підтвердження існуючих фізичних теорій.
ПР05. Знати основні актуальні проблеми сучасної фізики та астрономії.
ПР07. Розуміти, аналізувати і пояснювати нові наукові результати, одержані у ході проведення фізичних та астрономічних досліджень відповідно до спеціалізації.
ПР08. Мати базові навички самостійного навчання: вміти відшуковувати потрібну інформацію в друкованих та електронних джерелах, аналізувати, систематизувати, розуміти, тлумачити та використовувати її для вирішення наукових і прикладних завдань.
ПР13. Розуміти зв’язок фізики та/або астрономії з іншими природничими та інженерними науками, бути обізнаним з окремими (відповідно до спеціалізації) основними поняттями прикладної фізики, матеріалознавства, інженерії, хімії, біології тощо, а також з окремими об’єктами (технологічними процесами) та природними явищами, що є предметом дослідження інших наук і, водночас, можуть бути предметами фізичних або астрономічних досліджень.
ПР22. Розуміти значення фізичних досліджень для забезпечення сталого розвитку суспільства.

Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять

Л – лекційні заняття; ПЗ – практичні заняття; СРС – самостійна робота здобувача вищої освіти; Кз – самостійні контрольні завдання; МКР – модульна контрольна робота; К – консультації.

Тематика та види навчальних занять

 Семестровий модуль №1
Змістовий модуль №7 Принцип Паулі. Термодинамічні потенціали
Лекція 16 Енергія квантового осцилятора. Внутрішня енергія системи. Теплоємність. СРС. К
Лекція 17 Потенціал Гіббса. Хімічний потенціал. 
СРС. К
Лекція 18 Вільна енергія системи. 
ПЗ9. Статистична сума. Ентропія. (4год)
 СРС. К
Змістовий модуль №8 Квантова статистична теорія Фермі систем
Лекція 19. Квантові стани і їх число в моделі Фермі-Дірака. Розподіл Фермі – Дірака. 
СРС. К
Лекція 20 Рівень енергії Фермі. Хімічний потенціал у Фермі системах. Характеристична температура Фермі. 
ПЗ10. Класичний межа розподілу Фермі-Дірака (4год)
СРС. К
Лекція 21 Розподіл імпульсів електронів.. Розподіл електронів за швидкостями. Розподіл електронів по енергіям. 
СРС. К
Змістовий модуль №9 Термодинаміка газу ферміонів
Лекція 22 Електронний газ при абсолютному нулі. Максимальна енергія електрона при абсолютному нулі. Середня енергія електронів при абсолютному нулі.
 ПЗ11. Теплоємність електронного газу при абсолютному нулі (4год)
СРС. К
Лекція 23 Тиск електронного газу при абсолютному нулі. Середня енергія електронного газу при низьких температурах. Хімічний потенціал електронного газу при низьких температурах. Теплоємність електронного газу при низьких температурах.
СРС. К
Семестровий модуль №2
Змістовий модуль №10 Квантова статистична теорія Бозе-систем
Лекція 24 Квантові стани і їх число в моделі Бозе-Ейнштейна. Розподіл Бозе-Ейнштейна.
 ПЗ12. Класичний межа розподілу Бозе-Ейнштейна (4год)
 СРС. К
Лекція 25 Хімічний потенціал в Бозі-системах. Термодинаміка Бозе-газу
Лекція 26 Бозе-конденсація. Властивості рідкого гелію. Надплинність. 
ПЗ13. Термомеханічний ефект в рідкому гелії. (4год)
 СРС. К
Змістовий модуль №11 Термодинаміка фотонного газу
Лекція 27 Фотони. Енергія та імпульс фотона. Розподіл фотонів по енергіям. Розподіл фотонів по частотах.  Спектральна щільність енергії випромінювання. Розподіл Планка.  Закон Стефана-Больцмана. Закон зміщення Віна. Закон Релея Джинса. Ультрафіолетова катастрофа. Закон Віна. (3 год)
СРС. К
Лекція 28 Повна енергія фотонного газу. Вільна енергія фотонного газу. Ентропія чорного випромінювання. 
ПЗ14. Тиск фотонного газу. Досліди Лебедєва. Повний термодинамічний потенціал фотонного газу (4год)
СРС. К
Змістовий модуль №12 Класична і квантова статистична теорія молекулярного газу
Лекція 29 Статистична сума ідеального газу двоатомних молекул у класичному поданні. Повна енергія і теплоємність ідеального газу двоатомних молекул у класичному поданні. Вільна енергія й ентропія ідеального газу двоатомних молекул у класичному поданні. (3 год)
СРС. К
Лекція 30 Статистична сума ідеального газу двоатомних молекул в квантовому поданні. Повна енергія і теплоємність ідеального газу двоатомних молекул в квантовому поданні. Вільна енергія й ентропія ідеального газу двоатомних молекул в квантовому поданні. 
ПЗ15. Ступені свободи ідеального газу лінійних і нелінійних молекул. Закон равнораспределения енергії у квантовому та класичному уявленнях (4год) 
 СРС. К
Змістовий модуль №13 Класична і квантова статистична теорія кристала
Лекція 31. Статистична сума кристала в моделі невзаємодіючих осциляторів. Енергія кристала в моделі невзаємодіючих осциляторів. Теплоємність кристала в моделі невзаємодіючих осциляторів. Термодинаміка кристала в моделі Дебая. Статистична сума і функція стану кристала моделі Дебая. Функція стану кристала в низькотемпературному межі. (3 год)
СРС. К 
Лекція 32 Функція стану кристала в високотемпературному межі. Внутрішня енергія кристала в моделі Дебая. Теплоємність кристала в моделі Дебая. Вільна енергія кристала. Ентропія кристала. СРС. К , МКР 2.

Індивідуальна робота (не передбачена)

Самостійна робота

Самостійна робота складає 75 годин. Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт:
1) підготовка до лекційних занять – 15 годин;
2) підготовка до практичних занять –  30 годин;
3) підготовка до екзамену – 30 годин.

Процедура оцінювання

Система оцінювання рівня навчальних досягнень ґрунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. Для забезпечення оперативного контролю за успішністю та якістю рівня навчальних досягнень здобувачів вищої освіти дисципліна поділяється на два семестрові модулі. Здобувачі протягом семестру готуються до лекційних та практичних занять, виконують 4 контрольних завдання та 2 модульні контрольні роботи.
Модульні контрольні роботи №1, №2 виконуються у письмовій формі. Максимальна оцінка за їх бездоганне виконання становить 30 балів (у формі теоретичного питання, тестових запитань та практичного завдання). Правильна відповідь на теоретичне питання оцінюється в 5 балів. Кількість тестових запитань 10, кожна правильна відповідь оцінюється в 1 бал. Правильне виконання практичного завдання оцінюється в 15 балів.
Кожний модуль оцінюється у максимально можливі 50 балів.
Семестровий модуль № 1
Кз1. Оцінка за виконання – 10 балів. Термін надання – 4 тиждень.
Кз2. Оцінка за виконання – 10 балів. Термін надання – 5 тиждень.
МК1. Модульна контрольна робота – 30 балів (8 тиждень). Перескладання можливе протягом 9–11 тижнів за розкладом консультацій.
Семестровий модуль № 2
Кз3. Оцінка за виконання – 10 балів. Термін надання – 11 тиждень.
Кз4. Оцінка за виконання – 10 балів. Термін надання – 13 тиждень.
МК2. Модульна контрольна робота – 30 балів (15 тиждень).
Максимальна оцінка за повний обсяг виконаних навчальних елементів дисципліни – 100 балів.
Підсумковим контролем з дисципліни є екзамен. 

Умови допуску до підсумкового контролю

До екзамену допускаються здобувачі вищої освіти, які виконали всі види навчальних елементів навчальної дисципліни на не менш, ніж на 80 %.

Політика освітнього процесу

Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх не зрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань, відвідувати консультації викладача. Дотримуватись принципів академічної доброчесності. 

Робота, яка виконана після встановлених викладачем термінів, не приймається.

Відсутність здобувача на контрольній роботі або на заліку відповідає оцінці «0».

Під час лекції здійснювати телефонні дзвінки забороняється.