Thermodynamics and statistical mechanics 2 - BGU Physics Department
BGU Physics Department

Thermodynamics and statistical mechanics 2

(2.5 points, 3 hours)
course number 203-1-2261

Syllabus

• Thermodynamic potentials: Gibbs free energy; per molecule and per unit volume thermodynamic potentials.

• First order phase transitions: experimental observations; thermodynamic phases; free energy per unit volume; conditions for phase separation; local and global stability of a thermodynamic phase; graphical representation.

• Molecular interactions: hard-core repulsion; Van der Waals attraction; induced dipole; electronic and dipole polarizability; estimations of Van der Waals attraction for simple molecules; Lennard-Jones potential.

• Phase coexistence; common tangent construction; phase diagrams; spinodal and binodal lines; critical temperature; Clausius-Clapeyron equation.

• Van der Waals gas: free energy; pressure; spinodal; critical point; estimations of critical temperature; approximation of binodal far from the critical point.

• Van der Waals gas near the critical point: free energy; binodal line; first and second-order phase transition; critical opalescence; nucleation and growth; surface energy; critical nucleus.

• Ferromagnet-paramagnet second-order phase transition; Landau theory of phase transitions.

• Kinetic theory of gases: characteristic velocities; kinetic derivation of pressure of ideal gas; Maxwell distribution of velocities. Distribution of free paths; mean free path;

• Diffusion and random walks on a lattice model: mean-square displacement; diffusion coefficient; the diffusion equation for random walks; diffusion as transport phenomenon; derivation of Fick's laws from microscopic considerations; self- diffusion and collective diffusion coefficients.

• Other linear transport phenomena in gases: heat conductivity; Fourier law; thermalization; thermal conductivity coefficient; momentum transport; viscosity; mobility of molecules in the external field; Einstein relation; detailed balance.

• The Boltzmann equation, its derivation and stationary state. The H-theorem and its implications on the second law of thermodynamics. Derivation of the Euler equations out of the Boltzmann equation.

• Advanced topics: Kubo formulas for linear transport coefficients and fluctuation-dissipation relations. From Langevin equation to Fokker-Planck equation. Thermalization in quantum systems

• פוטנציאלים תרמודינמיים, פוטנציאל גיבס פר מולקולה
• מעברי פאזה מסדר ראשון, פמנולוגיה, פאזות תרמודינמיות, אנרגייה חופשית ליחידת נפח. תנאים להפרדת פאזות. תנאים לשיווי משקל לוקאלי וגלובאלי. הצגה גרפית.

• אינטרקציות מולקולריות: דחייה ומשיכת ונדר-וולס. דיפול מושרה, פולרזביליות.

• דו-קיום של פאזות, בניית מקסוול, דיאגרמות פאזה. קווי בינודל וספינודאל. משוואת קלאוזיוס-קלפירון.

• גז ונדר-וולס, אנרגייה חופשית, לחץ, ספינודל, נקודה קריטית והערכות טמפרטורה קריטית. מציאת קו הבינודאל קרוב ורחוק מהנקודה הקריטית.

• גז ונדר-וולס: מעברי פאזה מסדר ראשון ושני, פלוקטואציות של צפיפות ליד הנקודה הקריטית, נוקלאציה, מתח פנים וגודל טיפה מימינאלי.

• מעברי פאזה מגנטיים, מודל איסינג. תאוריית לנדאו למעברי פאזה.

• התורה הקינטית של הגאזים, מהירויות אופייניות, פיתוח משוואת הגזים האידיאליים. התפלגות המהירויות של מקסוול. מהלך חופשי ממוצע ופילוגו

• דיפוזיה ומהלך שיכור על סריג. וריאנס ההעתק, מקדם דיפוזיה. פיתוח חוקי פיק משיקולים מיקרוסקופיים. דיפוזייה עצמית ודופוזייה קולקטיבית.

• טרנספורט של חום ומומנטום, צמיגות, ומקדם הולכת חום.

• פיתוח ומשמעות של משוואת בולצמן. טאורמת H של בולצמן ומשמעותה עבור החוק השני של התרמודינמיקה. פיתוח משוואות אוילר של הידרודינמיקה מתוך משוואת בולצמן.

• נושאים מתקדמים: משוואות קובו למקדמי טרנספורט, ומשפטי פלוקטואציה-דיסיפציה. ממשוואות לנג'ווין למשוואת פוקר-פלאנק. טרמלזציה במערכות קוונטיות.

Recommended literature:

• Callen - Thermodynamics

• Dorfman and Beijeren - The Kinetic Theory of Gases (1977)

• Fermi - Thermodynamics

• Huang - Statistical Mechanics

• Kardar - Statistical Physics of Particles

• Kittel and Kroemer - Thermal Physics

• Reichl - A Modern Course in Statistical Physics

• Reif - Fundamentals of Statistical and Thermal Physics

• Stanley - Introduction to Phase Transitions and Critical Phenomena

Sources:

1. C. Kittel and H. Kroemer, Thermal Physics
2. F. Reif F, Fundamentals of Statistical and Thermal Physics, McGraw-Hill, NY 1965, QC 175.R43

Browse

``` Name                    Last modified      Size  Description Parent Directory                             -
Temp/                   2019-07-20 09:00    -
HW/                     2018-03-14 14:47    -
FILES/                  2018-03-14 14:47    -
ExercData.txt           2018-03-14 14:47   54
Evaluation/             2017-12-26 20:48    -
Data/                   2018-03-14 14:47    -
CourseData.txt          2018-03-14 14:47  380
Class/                  2018-03-14 14:47    -
ActiveSemester.txt      2019-08-25 19:14  192
2019B/                  2019-07-27 18:28    -
2018B/                  2019-08-18 12:10    -
2017B/                  2019-07-26 22:17    -
2016B/                  2019-07-26 22:17    -
2015B/                  2019-07-26 22:17    -
```