Hofstetter

Statistische Mechanik WS16/17

Dozent: Prof. Dr. Walter Hofstetter

Allgemeine Information

  • Hinweis: Für die Nachklausur am 31.03.2017 von 10:15 bis 11:45 Uhr gehen Studierende, deren Nachnamen mit A, B, C, D, E, F, G und H beginnen, bitte in Raum Phys_0.111 und alle anderen Studierenden bitte in Raum OSZ H1.
  • Hinweis: Die Nachklausureinsicht findet am Donnerstag, den 13.04.2017 von 11:00 bis 13:00 im Raum Phys 02.116, statt.
  • Hinweis: Für die Klausur am 22.02.2017 von 10:15 bis 11:45 Uhr gehen Studierende, deren Nachnamen mit A, B, C, D, E, F, G und H beginnen, bitte in Raum Phys_0.111 und alle anderen Studierenden bitte in Raum OSZ H2.
  • Hinweise: Die Klausur findet am Mittwoch, den 22.02.2017 von 10:15 bis 11:45 im Raum Phys _0.111 und OSZ H2, statt. Die Nachklausur findet am Freitag, den 31.03.2017 von 10:15 bis 11:45 im Raum OSZ H1 und Phys _0.111 statt.
  • Hinweis: Die Klausureinsicht findet am Donnerstag, den 02.03.2017 von 10:30 bis 12:30 im Raum Phys 02.116, statt.
  • Vorlesungsbeginn ist Dienstag der 18.10.2016.
  • Tutorien beginnen am 24.10.2016. 
  • Für die Teilnahme am Übungsbetrieb ist eine Anmeldung für ein Tutorium notwendig. Treten Sie bitte ab 19.10.2016 der Gruppe "Statistische Mechanik und Thermodynamik WS 2016" und einer entsprechenden Tutoriumsgruppe (wählen Sie bitte nur eine Gruppe!) im eLearning-Portal bei (https://elearning.physik.uni-frankfurt.de/goto_FB13-PhysikOnline_crs_12398.html; melden Sie sich dazu mit Ihrem HRZ-Account an > Hofstetter > Statistische Mechanik und Thermodynamik WS 2016). Tutorien sind auf max. 12 Personen beschränkt.
  • Die Abgabe der Übungsblätter erfolgt Dienstags zu Beginn der Vorlesung.
  • Um einen Schein und die Zulassung zur (schriftlichen) Modulprüfung zu erhalten werden mindestens 50% der Gesamtpunkte der Übungsaufgaben benötigt. Außerdem müssen im Laufe des Semesters mindestens zwei Übungsaufgaben an der Tafel vorgerechnet werden. Man darf nicht mehr als dreimal im Tutorium fehlen. 

Kurzbeschreibung

  • Thermodynamische Grundgrößen und Gesetze
  • Thermodynamische Potentiale
  • Phasenübergänge
  • Klassische statistische Mechanik
  • Mikro- und makrokanonisches Ensemble
  • Quantenstatistik
  • Fermionen und Bosonen
  • Vielteilchentheorie
  • Transporttheorie
  • Boltzmann- und von Neumann-Gleichung

 

Vorlesungen

Zeit:  Di 12:00 - 14:00  Do 12:00 - 14:00
Ort:  Phys _0.111  Phys _0.111 

 

Vorlesungsskript

 

VorlesungDatumThemaLücken-
skript		Skriptergänzendes
Material
1-2 18.10.2016 Grundlagen der Statistik, Mikro- und Makrozustände Lecture 1-2_pre   quantum thermalization through entanglement, thermalization in small quantum systems
3-4 25.10.2016 Mikrokanonisches Ensemble, Entropie, Wärme und Arbeit

Lecture 3-4a_pre

Lecture 3-4b_pre

 Lecture 1-3  
5-6 01.11.2016 Gleichgewicht und Temperatur, reversible und irreversible Prozesse, 2. Hauptsatz Lecture 5-6_pre Lecture 4-8 Q & A zu negativen Temperaturen
7-8 08.11.2016 3. Hauptsatz, kanonisches und großkanonisches Ensemble

Lecture 7-8a_pre

Lecture 7-8b_pre

   Topologische Materiezustände, Negative Temperaturen in optischen Gittern
9-10 15.11.2016 Dichtematrix, Phasenraumdichte
 Lecture 9-10_pre Lecture 9-12  
11-12 22.11.2016 Informationstheorie, Shannon- und von Neumann-Entropie, Boltzmann-Gibbs Verteilung.

Lecture 11-12a_pre

Lecture 11-12b_pre

    
13-14 29.11.2016 Thermodynamische Potentiale, Maxwell-Relationen, Responsegrößen Lecture 13-14_pre    
15-16 06.12.2016 Thermodynamische Prozesse Lecture 15-16_pre    
17-18 13.12.2016 Kreisprozesse, Phasenübergänge Lecture 17-18_pre Lecture 13-19

Nicht-thermalisierende Quantenvielteilchensysteme:

1) Quantum Netwon's Cradle (integrables System)

2) Many-body localization
19-20 20.12.2016 Maxwell-Konstruktion, Gibbs'sche Phasenregel, Gleichverteilungssatz

Lecture 19-20a_pre

Lecture 19-20b_pre

    
21-22 10.01.2017 Maxwell-Geschwindigkeits-
verteilung, Virialentwicklung		 Lecture 21-22_pre Lecture 20-22  
23-24 17.01.2017 Identische Teilchen, Fock-Raum, Bose-Einstein- und Fermi-Dirac-Statistik Lecture 23-24_pre    
25-26 24.01.2017 Klassischer Limes, ideales Bose-Gas
 Lecture 25-26_pre Lecture 23-29 BEC im Weltall
27-28 31.01.2017 Bose-Einstein-Kondensation, Photonongas, Planck'sches Strahlungsgesetz Lecture 27-28_pre    
29-30 07.02.2017 Fermi-See, Mastergleichung

Lecture 29_pre

Lecture 30_pre

 Lecture 30  

 


Übungsblätter

BlattAbgabeThema
1 25.10.2016 Erwartungswert und Varianz, Poissonverteilung, Stetige Wahrscheinlichkeitsverteilung zweier Zufallsvariablen
2 01.11.2016 Entkoppelte quantenmechanische Oszillatoren, Entkoppelte klassische Oszillatoren, Wahrscheinlichkeit und klassischer Phasenraum
3 08.11.2016 Negative Temperaturen, Druckausgleich eines idealen Gases, Mischungsentropie idealer Gase
4 15.11.2016 Ideales Gas mit Vibrationsfreiheitsgraden, Dipole auf einem 2D Dreiecksgitter mit Vorzugsrichtung, Wärme, geleistete Arbeit und Entropie eines idealen Gases, Verallgemeinerte Kräfte
5 22.11.2016 Mikrokanonisches und kanonisches Ensemble, Verschränkung, Jacobi-Determinanten
6 29.11.2016 Satz von Liouville, Shannon-Entropie, Huffman-Kodierung(/-Baum) und Datenkomprimierung, Additivität der Shannon-Entropie, Von Neumann Entropie und Verschränkung
7 06.12.2016 Lagrange-Multiplikatoren, Thermodynamische Potentiale des klassischen idealen Gases, Thermodynamische Potentiale des entarteten Fermi-Gases, Maxwell-Relationen
8 13.12.2016 Wärmekapazität und Entropie eines Stabes, Kompressibilität, Relationen zwischen Volumen und Teilchenzahl bei intensiven Größen, Einige zusätzliche thermodynamische Relationen, Jacobi-Determinante
9 20.12.2016 Van der Waals Gas, Magnetische Response-Größen, Thermische Effizienz der Otto- und Brayton-Kreisprozesse, Messung des Verhältnisses unterschiedlicher spezifischer Wärmen
10 10.01.2017 Einstein-Modell eines Festkörpers, Barometrische Höhenformel, (Santa) Clausius Gas, Kernspin-Wärmekapazität eines Metalls
11 17.01.2017 Kritischer Punkt des van-der-Waals-Gases, Ising-Modell in zwei Dimensionen, Ultrarelativistisches Gas
12 24.01.2017 Debye-Modell für die Wärmekapazität eines Festkörpers, Virialkoeffizienten
13 31.01.2017 Zustandssumme für verschiedene Statistiken, Bunching und Antibunching, Nicht wechselwirkende Bosonen

 

Literatur

AutorTitelVerlag
F. Schwabl Statistische Mechanik Springer, 2006
K. Huang Introduction to Statistical Physics Chapman and Hall/CRC Press, 2009
F. Reif Fundamentals of Statistical and Thermal Physics Waveland Press, 2009
L.D. Landau and E.M. Lifshitz   Course of Theoretical Physics, Volume V: Statistical Physics   Pergamon Press, 1980