Termodynamik (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.

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.

Fasediagram og faseovergange behandles fænomenologisk og teoretisk. Eksempler, så som Clausius-Clapeyrons relation, på anvendelse af termodynamiske ligninger præsenteres 

Engelsk titel

Thermodynamics (Termo)

Uddannelse

Bacheloruddannelsen i fysik

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

 

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 og entropi.

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.

Forelæsninger, øvelser og laboratorium

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 på første halvår.

Skriftlig
Mundtlig
ECTS
7,5 ECTS
Prøveform
Skriftlig prøve, 4 timer med opsyn.
---
Hjælpemidler
Alle hjælpemidler tilladt
Bedømmelsesform
7-trins skala
Censurform
Ekstern censur
Kriterier for bedømmelse

se målbeskrivelser

Enkeltfag dagtimer (tompladsordning)

  • Kategori
  • Timer
  • Forelæsninger
  • 28
  • Forberedelse (anslået)
  • 126
  • Teoretiske øvelser
  • 28
  • Praktiske øvelser
  • 20
  • Eksamen
  • 4
  • Total
  • 206