Modul 28-SP Statistische Physik

Fakultät

Modulverantwortliche*r

Turnus (Beginn)

Jedes Wintersemester

Leistungspunkte und Dauer

10 Leistungspunkte

Die Angaben zur Moduldauer finden Sie bei den Studiengängen, in denen das Modul verwendet wird.

Kompetenzen

Die Studierenden lernen in diesem Modul die grundlegenden Konzepte und Methoden der modernen theoretischen Physik kennen und verstehen. Sie sind in der Lage, diese auf Problemstellungen der modernen Physik anzuwenden, eigenständig Probleme zu lösen und deren Lösung verständlich zu präsentieren. Die Studierenden sind in der Lage, thermodynamische Zusammenhänge zu verstehen und zu begründen sowie elementare Systeme zu modellieren.

In this module, students learn and understand the basic concepts and methods of modern theoretical physics. They are able to apply these to problems in modern physics, solve problems independently and present their solutions in an understandable way. Students are able to understand and justify thermodynamic relationships and to model elementary systems.

Lehrinhalte

Es werden insbesondere die thermodynamischen Eigenschaften von Materie behandelt und wie sie sich aus statistischer Betrachtung ergeben. Der Zusammenhang zwischen experimenteller Beobachtung und Modellbildung in Form von Ensembles spielt eine zentrale Rolle. Es werden fundamentale quantenmechanische Ansätze sowie klassische Näherungen behandelt.

  • Gegenstand der Thermodynamik
  • Hauptsätze, Carnot-Prozess, absolute Temperatur und Entropie
  • Thermodynamische Potentiale
  • Zustandsgleichungen idealer und realer Gase
  • Gegenstand der Statistischen Physik
  • Prinzip maximaler Entropie, Entropie und Ensemble
  • Statistischer Operator/ Dichtematrix, Wahrscheinlichkeitsinterpretation
  • Zweiniveausysteme, Harmonischer Oszillator, Ideales Gas
  • Klassische statistische Physik, Gleichverteilungssatz, Beispiele
  • Vielteilchensysteme: Fermionen und Bosonen
  • Großkanonisches Ensemble idealer Quantengase, Ideales Fermigas, Ideales Bosegas
  • Photonengas
  • Themen nach Wahl: z.B. Debye-Theorie, Phasenübergänge, Transporttheorie

In particular, the thermodynamic properties of matter and how they result from statistical observation are dealt with. The connection between experimental observation and modelling in the form of ensembles plays a central role. Fundamental quantum mechanical approaches and classical approximations are discussed.

  • Subject of thermodynamics
  • Main theorems, Carnot process, absolute temperature and entropy
  • Thermodynamic potentials
  • Equations of state of ideal and real gases
  • Subject of statistical physics
  • Principle of maximum entropy, entropy and ensemble
  • Statistical operator/density matrix, probability interpretation
  • Two-level systems, harmonic oscillator, ideal gas
  • Classical statistical physics, equidistribution theorem, examples
  • Many-body systems: Fermions and bosons
  • Grand canonical ensemble of ideal quantum gases, ideal fermi gas, ideal bose gas
  • Photon gas
  • Topics of your choice: e.g. Debye theory, phase transitions, transport theory

Empfohlene Vorkenntnisse

28-Q

Notwendige Voraussetzungen

Erläuterung zu den Modulelementen

Modulstruktur: 1 SL, 1 bPr 1

Veranstaltungen

Statistische Physik
Art Vorlesung
Turnus WiSe
Workload5 120 h (60 + 60)
LP 4 [Pr]
Übungen zur Statistischen Physik
Art Übung
Turnus WiSe
Workload5 90 h (30 + 60)
LP 3 [SL]

Studienleistungen

Zuordnung Prüfende Workload LP2
Lehrende der Veranstaltung Übungen zur Statistischen Physik (Übung)

Regelmäßiges Bearbeiten der Übungsaufgaben, jeweils mit erkennbarem und zielführendem Lösungsansatz sowie die Mitarbeit in den Übungsgruppen (in Betracht kommen insbesondere: Präsentation der eigenen Lösungen oder Lösungsansätze, Stellen von fachlichen Fragen und kritische Diskussion der physikalischen Problemstellungen, Bearbeiten von Präsenzübungen). Die zu bearbeitenden Übungsaufgaben werden jeweils eine Woche vorher ausgegeben. Die/der Dozent*in legen die genauen Kriterien zu Veranstaltungsbeginn fest und geben diese bekannt.

siehe oben siehe oben

Prüfungen

Klausur
Zuordnung Prüfende Lehrende der Veranstaltung Statistische Physik (Vorlesung)
Gewichtung 1
Workload 90h
LP2 3

Klausur in der Regel 2-3 Stunden

In diesen Studiengängen wird das Modul verwendet:

Studiengang Profil Empf. Beginn 3 Dauer Bindung 4
Mathematical and Theoretical Physics / Master of Science [FsB vom 26.04.2024 mit Änderung vom 29.05.2024] Admission Track Profil A 1. o. 2. ein Semes­ter Wahl­pflicht

Automatische Vollständigkeitsprüfung

In diesem Modul kann eine automatische Vollständigkeitsprüfung vom System durchgeführt werden.


Legende

1
Die Modulstruktur beschreibt die zur Erbringung des Moduls notwendigen Prüfungen und Studienleistungen.
2
LP ist die Abkürzung für Leistungspunkte.
3
Die Zahlen in dieser Spalte sind die Fachsemester, in denen der Beginn des Moduls empfohlen wird. Je nach individueller Studienplanung sind gänzlich andere Studienverläufe möglich und sinnvoll.
4
Erläuterungen zur Bindung: "Pflicht" bedeutet: Dieses Modul muss im Laufe des Studiums verpflichtend absolviert werden; "Wahlpflicht" bedeutet: Dieses Modul gehört einer Anzahl von Modulen an, aus denen unter bestimmten Bedingungen ausgewählt werden kann. Genaueres regeln die "Fächerspezifischen Bestimmungen" (siehe Navigation).
5
Workload (Kontaktzeit + Selbststudium)
SL
Studienleistung
Pr
Prüfung
bPr
Anzahl benotete Modul(teil)prüfungen
uPr
Anzahl unbenotete Modul(teil)prüfungen
Diese Leistung kann gemeldet und verbucht werden.