ΘΕΡΜΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ

Γενικού Υποβάθρου

Το μάθημα προσφέρεται και σε φοιτητές προγραμμάτων ανταλλαγής.

Α. Θερμοδυναμική Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα είναι σε θέση: -Να κατανοούν και να εφαρμόζουν τους βασικούς νόμους της Θερμοδυναμικής σε μακροσκοπικά συστήματα. - Να διαχειρίζονται τα θερμοδυναμικά δυναμικά, τους μετασχηματισμούς Legendre και τις σχέσεις Maxwell. - Να επιλύουν προβλήματα που σχετίζονται με θερμοδυναμικές μεταβολές σε ιδανικά και πραγματικά συστήματα. - Να αναλύουν την ισορροπία φάσεων και να χρησιμοποιούν την εξίσωση Clausius-Clapeyron. - Να διακρίνουν τη φύση και την τάξη των φασικών μεταβάσεων. - Να περιγράφουν και να αξιολογούν φαινόμενα όπως η εκτόνωση Joule και Thomson, το πιεζοηλεκτρικό και μαγνητοθερμικό φαινόμενο. Β. Στατιστική Φυσική Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα είναι σε θέση: - Να κατανοούν τη στατιστική φύση της Θερμοδυναμικής και να συνδέουν μακροσκοπικές ποσότητες με μικροσκοπικές καταστάσεις. - Να διακρίνουν και να εφαρμόζουν τις βασικές στατιστικές θεωρήσεις: μικροκανονική, κανονική και μεγαλοκανονική κατανομή. – Να υπολογίζουν φυσικές ποσότητες όπως η ενέργεια, η εντροπία και η θερμοχωρητικότητα με τη χρήση των στατιστικών κατανομών. - Να αναλύουν παραμαγνητικά συστήματα και να ερμηνεύουν φαινόμενα όπως η αρνητική θερμοκρασία. - Να διατυπώνουν και να εφαρμόζουν τις συνέπειες του 2ου και 3ου νόμου της Θερμοδυναμικής. - Να περιγράφουν τη θερμοχωρητικότητα στερεών μέσω των μοντέλων Einstein και Debye. - Να κατανοούν την κατανομή της ακτινοβολίας μέλανος σώματος και τον νόμο του Planck. - Να εφαρμόζουν την κλασσική στατιστική μηχανική και το θεώρημα της ισοκατανομής. - Να εισαχθούν στην κβαντική στατιστική και να κατανοούν τις κατανομές Fermi-Dirac και Bose-Einstein. - Να αναλύουν τη συμπεριφορά ιδανικών φερμιονικών και μποζονικών αερίων, καθώς και τη συμπύκνωση Bose–Einstein.

(Α) ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ - Αξιωματική θεώρηση Θερμοδυναμικής: Αξιωματική εισαγωγή των νόμων της Θερμοδυναμικής. - Θερμοδυναμικά δυναμικά: Θερμοδυναμικά δυναμικά, μετασχηματισμοί Legendre,σχέσεις Maxwell. Προβλήματα. - Εφαρμογές I. Μελέτη σε απλά συστήματα: σχέση θερμοχωρητικοτήτων, ιδανικό αέριο, ελαστική ράβδος, ηλεκτρική κυψέλη) πιεζοηλεκτρικό και μαγνητοθερμικό φαινόμενο. Προβλήματα. - Εφαρμογές II. Μη αντιστρεπτές μεταβολές: εκτόνωση Joule, εκτόνωση Thomson. Προβλήματα. - Ισορροπία Φάσεων: Ισορροπία θερμοδυναμικών συστημάτων και κριτήρια ισορροπίας. Συστήματα περισσοτέρων φάσεων (πραγματικές καθαρές ουσίες), ισορροπία φάσεων, μετατροπές φάσεων, εξίσωση Clausius-Clapeyron. - Τάξη μετατροπών φάσεων. Προβλήματα. (Β) ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ - Αξιώματα Στατιστικής Φυσικής- Mικροκανονική κατανομή: Ισορροπία μονωμένου Συστήματος. - Κανονική κατανομή: Ισορροπία Συστήματος σε δεξαμενή θερμότητας. Συνάρτηση επιμερισμού, κατανομή Boltzmann,ενέργεια, σχετική διακύμανση ενέργειας, ελεύθερη ενέργεια Helmholtz. Γενικός ορισμός εντροπίας. Προβλήματα με μικροκανονική και κανονική κατανομή. - Παραμαγνητισμός: Παραμαγνητικό υλικό σε δεξαμενή θερμότητας. Ενέργεια, εντροπία, θερμοχωρητικότητα, μαγνήτιση, μαγνητική επιδεκτικότητα. Μονωμένο παραμαγνητικό υλικό. Αρνητική θερμοκρασία. Προβλήματα. - 2ος νόμος της Θερμοδυναμικής για απειροστές μεταβολές. Τρίτος Νόμος. Διατυπώσεις και πειραματικές αποδείξεις. Αδιαβατική ψύξη. Προβλήματα. - Θερμοχωρητικότητα στερεού λόγω ταλαντώσεων πλέγματος: Μοντέλο (θεωρία) Einstein. Πυκνότητα καταστάσεων. Μοντέλο (θεωρία) Debye. Προβλήματα. -Κλασσικό Ιδανικό Αέριο: Ενέργεια, Συνάρτηση επιμερισμού, εντροπία, θερμοχωρητικότητα, καταστατική εξίσωση κλασσικού ιδανικού αερίου, εντροπία ανάμιξης (παράδοξο Gibbs). Κριτήριο προσέγγισης κλασσικής προσέγγισης. Κλασσική στατιστική μηχανική. Θεώρημα ισοκατανομής. Προβλήματα. - Εισαγωγή στην Κβαντική Στατιστική. Ακτινοβολία Μέλανος Σώματος: Συνάρτηση επιμερισμού φωτονίων, ο νόμος του Planck, ιδιότητες μέλανος σώματος. Προβλήματα. - Ιδανικό Κβαντικό Αέριο: Κβαντική Στατιστική - Μεγαλοκανονική Κατανομή, κατανομή Fermi-Dirac και Bose-Einstein, κλασσικό όριο. - Αέριο φερμιονίων: Μοντέλο των ελευθέρων ηλεκτρονίων στα μέταλλα. - Συμπύκνωση Bose-Einstein: Αέριο μποζονίων σε χαμηλή θερμοκρασία. Προβλήματα κβαντικής στατιστικής.

Θερμοδυναμικοί νόμοι (1ος, 2ος, 3ος νόμος), Θερμοδυναμικά συστήματα και μεταβολές, Θερμοδυναμικά δυναμικά, Μετασχηματισμοί Legendre, Σχέσεις Maxwell, Φασικές μεταβάσεις, Ισορροπία φάσεων, Εξίσωση Clausius–Clapeyron, Εκτόνωση Joule–Thomson, Πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο, Μαγνητοθερμικά φαινόμενα, Μικροκανονική, κανονική, μεγαλοκανονική κατανομή, Καταστάσεις ισορροπίας – Πιθανότητες, Στατιστική εντροπία, Θεώρημα ισοκατανομής, Κατανομές Boltzmann, Fermi–Dirac, Bose–Einstein, Κλασική και κβαντική στατιστική, Ιδανικό αέριο, Παραμαγνητισμός, αρνητική θερμοκρασία, Ακτινοβολία μέλανος σώματος, νόμος Planck, Μοντέλα Einstein και Debye για στερεά, Ιδανικό φερμιονικό και μποζονικό αέριο, Συμπύκνωση Bose–Einstein.

23-07-2025