Termodynamika

obowiązkowe

Formalizm opisu i metody jakościowej i ilościowej analizy układów wielu ciał, zasady termodynamiki, elementy fizyki statystycznej, wstęp do fizyki przejść fazowych. Wykład uzupełniony pokazami, zajęciami laboratoryjnymi. oraz ćwiczeniami rachunkowymi. Ćwiczenia rachunkowe wsparte są wykorzystaniem komputerowych narzędzi obliczeniowych.

w sali

Definicje podstawowych pojęć; Zerowa zasada termodynamiki, temperatura, praca, energia wewnętrzna; Pierwsza zasada termodynamiki, druga zasada termodynamiki, entropia; Cykl Carnota, sprawność, praca dostępna, nieodwracalne zmiany układów; Własności entropii, statystyczna interpretacja entropii; Połączenie I i II zasady termodynamiki , trzecia zasada termodynamiki; Funkcje termodynamiczne, równania termodynamiczne Maxwella; Kinetyczna teoria gazów, emisja termoelektronowa; Rozkład Maxwella; Kinetyczna teoria promieniowania, wzór Rayleigh’a-Jeans’a, prawo Wiena; Hipoteza kwantowa Plancka, prawo promieniowania Stefana, ciśnienie promieniowania; Teoria kinetyczna ciepła właściwego, ciepło właściwe wg Einsteina, ciepło właściwe wg Debye’a; Procesy spontaniczne pod stałym ciśnieniem i w stałej temperaturze, energia swobodna Gibbsa i potencjał chemiczny; Przejścia fazowe w czystych substancjach, klasyfikacja przejść fazowych, warunek równowagi faz;

Profil studiów: Ogólnoakademicki

Forma studiów: Stacjonarne

Rodzaj przedmiotu: Obowiązkowy

Moduł: Podstawy Fizyki

Dziedzina i dyscyplina naukowa: Nauki Fizyczne, Fizyka Klasyczna

Rok studiów/semestr: 2 rok/ 3 semestr/ studia pierwszego stopnia

Wymagania wstępne: student uczestniczący w wykładzie, ćwiczeniach rachunkowych i laboratorium powinien posiadać podstawową wiedzę w zakresie matematyki i fizyki nabytą we wcześniejszym cyklu kształcenia

Liczba godzin zajęć dydaktycznych: wykład 30 godz., konwersatorium 45 godz., laboratorium 30 godz.

Metody dydaktyczne: wykład, rozwiązywanie problemów i zadań, dyskusja, konsultacje, praca własna studenta w domu.

Punkty ECTS: 10

Bilans nakładu pracy studenta: udział w wykładach (30 godz), udział w konwersatoriach/ćwiczeniach rachunkowych (45 godz), udział w laboratoriach (30 godz. lub 10 eksperymentów) udział w konsultacjach (3 godz), praca własna w domu (53 godz.), łączny nakład pracy studenta celem osiągnięcia wyników kształcenia (249 godz.)

Wskaźniki ilościowe: nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela (196 godz.).

Studenci uczestniczą w wykładach, w dyskusji problemów i zagadnień, które pojawiają się w materiale wykładu oraz w rozwiązywaniu przykładów. W trakcie zajęć rachunkowych studenci otrzymują listy zadań do samodzielnego rozwiązania, których treść jest skorelowana z treścią wykładu. Podczas zajęć przedstawiają ich rozwiązania. Podczas laboratoriów stosowana jest metoda: ćwiczeniowo - praktyczna (wykonanie doświadczeń ilustrujących treści teoretyczne przekazywane na wykładzie). Zapoznanie studentów ze sposobami prowadzenia eksperymentów fizycznych oraz z oceną niepewności eksperymentalnej. Prowadzący zwracają szczególną uwagę na rozumienie używanych pojęć, klarowność prezentacji, stymuluje grupę do zadawania pytań i dyskusji. Prowadzący starają się wytworzyć w grupie ćwiczeniowej poczucie odpowiedzialności za zespół i zachęcają do pracy zespołowej.

Tematy podejmowane na wykładach:

1. Definicje podstawowych pojęć: układ, faza, składnik, procesy odwracalne i nieodwracalne

2. Zerowa zasada termodynamiki, temperatura, praca, energia wewnętrzna

3. Pierwsza zasada termodynamiki, druga zasada termodynamiki, entropia

4. Cykl Carnota, sprawność, praca dostępna, nieodwracalne zmiany układów

5. Własności entropii, statystyczna interpretacja entropii,

6. Połączenie I i II zasady termodynamiki, trzecia zasada termodynamiki

7. Funkcje termodynamiczne, równania termodynamiczne Maxwella

8. Kinetyczna teoria gazów, emisja termoelektronowa

9. Rozkład Maxwella

10. Kinetyczna teoria promieniowania, wzór Rayleigh’a-Jeans’a, prawo Wiena

11. Hipoteza kwantowa Plancka, prawo promieniowania Stefana, ciśnienie promieniowania

12. Teoria kinetyczna ciepła właściwego, ciepło właściwe wg Einsteina, ciepło właściwe wg Debye’a

13. Procesy spontaniczne pod stałym ciśnieniem i w stałej temperaturze

14. Energia swobodna Gibbsa i potencjał chemiczny

15. Przejścia fazowe w czystych substancjach, klasyfikacja przejść fazowych, warunek równowagi faz

Literatura obowiązkowa:

K. Zalewski, Wykłady z termodynamiki fenomenologicznej I statystycznej, PWN, Warszawa 1973.

D. Elwell, A.J. Pointon, Termodynamika klasyczna, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1976.

F. Reif, Fizyka statystyczna, PWN, Warszawa 1971.

Literatura uzupełniająca:

D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy fizyki, Tom 2, PWN, Warszawa 2003.

A.K. Wróblewski J.A. Zakrzewski , Wstęp do fizyki, Tom 1 część 1, PWN, Warszawa 1991.

A.K. Wróblewski J.A. Zakrzewski, Wstęp do fizyki, Tom 2 część 2, PWN, Warszawa 1991.

Student:

1. ma wiedzę w zakresie podstawowych pojęć, zjawisk i formalizmu termodynamiki, praw termodynamiki oraz teoretycznych modeli wybranych układów termodynamicznych (K_W12);

2. umie analizować problemy z zakresu termodynamiki, znajdować i przedstawiać ich rozwiązania w oparciu o zdobytą wiedzę oraz przy wykorzystaniu poznanych narzędzi matematyki wykonywać analizy ilościowe wyciągać wnioski jakościowe (K_U10);

3. umie ze zrozumieniem i krytycznie korzystać z zasobów literatury oraz zasobów Internetu w odniesieniu do problemów z podstaw fizyki (K_U17);

4. umie analizować wybrane problemy z zakresu wybranych zastosowań fizyki w oparciu o wiedzę z fizyki i dyscyplin pokrewnych w zakresie przewidzianym programem specjalności (K_U30);

5. zna ograniczenia swojej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia, podnoszenia kompetencji zawodowych, osobistych i społecznych (K_K01);

6. potrafi samodzielnie wyszukiwać informacje w literaturze i zasobach Internetu, także w językach obcych (K_K05).

Studenci uczestniczą w wykładach, w dyskusji problemów i zagadnień, które pojawiają się w materiale wykładu oraz w rozwiązywaniu przykładów.

Termodynamika kończy się egzaminem ustnym po uprzednim zaliczeniu ćwiczeń rachunkowych oraz laboratorium.