Termodynamik og projekt (Termo)

Kursusindhold

Kurset introducerer termodynamikken (varmelæren), både fra den klassiske (Boltzmann/Gibbs) og fra den moderne statistisk mekaniske synsvinkel. Fundamentet for at bestemme hvad der sker i en given termodynamisk proces, med eller uden varmeudveksling udvikles. Det statistik mekaniske begrebsapparat introduceres som grundlag for udledning af til eksempel ligefordelingsloven og til den videre forståelse af begreber som faseovergange.

Projektet tager udgangspunkt i et delvist selvvalgt emne, og der lægges op til diskussion og evaluering af kvantitative resultater.

Begreberne temperatur, varme, arbejde, energi, fri energi og entropi defineres nøje i forbindelse med introduktion af termodynamikkens 1. og 2. hovedsætninger. Yderligere beskrives tilstandsligningen (idealgasloven) og begrebet varmekapacitet. Konsekvenserne af hovedsætningerne i konkrete fysiske situationer beskrives for eksempel ved brug af termodynamiske (PV) diagrammer. Begrebet multiplicitet og tilstandssum introduceres sammen med den sandsynlighedsteoretiske definition på entropien. Sammenhængen mellem entropi og varme etableres.

Projektet er et teoretisk, eksperimentelt, observationelt og/eller numerisk projet i et fysisk fagområde. Det udføres i grupper af typisk 3-4 studerende under vejledning.

Engelsk titel

Thermodynamics and Project (Termo)

Uddannelse

Bacheloruddannelsen i de fysiske fag
Bacheloruddannelsen i naturvidenskab og it
Bacheloruddannelsen i matematik

Målbeskrivelse

Færdigheder
Kurset skal bringe den studerende i stand til at:
 

  • Beskrive begreberne tryk, temperatur, volumen, varme, arbejde, energi og entropi
  • Beskrive 1. og 2. hovedsætning.
  • Kunne håndtere begreberne frie energier og ligevægt i forskellige simple fysiske situationer (konstant tryk, konstant volumen m.v.).
  • Være i stand til at afgøre under hvilke forhold varmekapaciteten, der måles er CV eller CP, og bestemme sammenhængen imellem de to.
  • Kunne anvende idealgasligningen og hovedsætningerne i forhold til konkrete fysiske problemstillinger.
  • Kunne analysere og gøre overslagsberegninger i simple fysiske situationer, altså at kunne give intelligente bud på spørgsmål som: ”Hvor meget ændres en ballons volumen, hvis den lægges i fryseren?”, ”Hvor varm bliver luften i en cykelpumpe, når man holder for hullet og presser den sammen af alle kræfter?”, ”Hvad er lufttemperaturen i 10 km’s højde?”, ”Hvad får man mest varme ud af et kg aluminium eller 1 kg bly, begge ved 100 graders celcius?”
  • Analysere simple situationer som plat og krone og se sammenhængen med de termodynamiske begreber.
  • Kunne komme med bud på hvorledes for eksempel entropien måles i konkrete (simple) fysiske processer
  • Kunne regne på fysiske systemer med brug af tilstandssummer
  • Projektet: Kunne sætte sig ind i et begrænset fagområde, vurdere egne idéer og resultater i forhold til etablerede teorier og eksisterende viden.
  • Projektet: Skabe overblik og sammenhæng i opnåede resultater og skrive en fyldestgørende rapport.
  • Projektet: Kunne disponere og fremlægge en kort mundtlig redegørelse for en del af projektet.

Viden
Der opnås en beherskelse af begreberne i termodynamikken og den statistiske fysik. Ved forsøgsaktiviteter opnås en konkret forståelse af de abstrakte begreber som temperatur, indre energi, varme, arbejde, mikro- og makrotilstande, entropi mv.

Kompetencer
Den studerende vil kunne sammensætte en tidligere forståelse af termodynamikken med ny viden om statistik og opnå en udvidet, ny forståelse for og evne til at beskrive termodynamikken.

Via projektet opnås evne til delvist selvstændigt at kunne strukturere og tilrettelægge et længerevarende projekt under vejledning, samt at kunne formidle dette, vurdere ens resultater, samt bedømme styrker og svagheder ved den valgte løsningsmetode.

Forelæsninger, øvelser og projektarbejde

Se Absalon for endelig kursuslitteratur. Nedenstående er et eksempel på forventet undervisningsmateriale.

 

Daniel Schroeder: An introduction to Thermal Physics

I matematik forudsætter kurset kendskab til multiple integraler, summer, især potensrækker, Taylorudvikling. I fysik fordres kendskab til grundlæggende mekanik. For fysikstuderende dækkes disse forudsætninger af kurserne MatIntro, LinAlg, MEK 1 og MEK 2.

NB: Hvis du skal til reeksamen i førsteårsprojekt, kontakt proj1adm@nbi.dk med det samme.

ECTS
7,5 ECTS
Prøveform
Mundtlig prøve, 12 minutter
Skriftlig prøve, 4 timer med opsyn.
Eksamen rummer to dele.
Del 1: En 12 minutters individuel mundtlig fremstilling på baggrund af en projektrapport udarbejdet i grupper. Den individuelle mundtlige fremstilling vægter med 1/3.
Del 2: 4 timers skriftlig eksamen, der vægter 2/3.

De to dele af eksamen kan gennemføres hver for sig, men kurset kan ikke bestås, hvis enten projektet eller den skriftlige termo eksamen vurderes til karakteren -3 eller 00.
Hjælpemidler
Alle hjælpemidler tilladt

OBS: Hvis den skriftlige eksamen afholdes på ITX, stiller ITX computer til rådighed. Egen computer, tablet eller mobiltelefon må IKKE medbringes. Lærebøger og noter medbringes i papirform eller på USB-stik.

Bedømmelsesform
7-trins skala
Censurform
Ingen ekstern censur
Flere interne bedømmere.
Kriterier for bedømmelse

se målbeskrivelser

Enkeltfag dagtimer (tompladsordning)

  • Kategori
  • Timer
  • Forelæsninger
  • 21
  • Teoretiske øvelser
  • 21
  • Praktiske øvelser
  • 14
  • Projektarbejde
  • 69
  • Eksamen
  • 4
  • Forberedelse
  • 77
  • Total
  • 206