Thermodynamik und Statistik (Wintersemester 2017/18; 5.04.321/321Ü)

Inhalt der Vorlesung

  1.  Klassische Statistische Mechanik
    1. Das mikrokanonische Ensemble
    2. Die Entropie
    3. Temperatur, Druck und chemisches Potential
    4. Die Gibbs'sche Form und die Gibbs-Duhem-Beziehung
    5. Das kanonische Ensemble und die Freie Energie
    6. Thermodynamische Potentiale und das großkanonische Ensemble
    7. Universelle Beziehungen zwischen Materialgrößen
  2. Formulierung der quantenmechanischen Statistik
    1. Quantenmechanische Ensemble-Theorie: Die Dichtematrix
    2. Der Dichteoperator für die verschiedenen Ensembles
    3. Beispiele für den Umgang mit dem Dichteoperator
    4. Systeme ununterscheidbarer Teilchen
    5. Die kanonische Dichtematrix für ein System freier Teilchen
    6. Das quantenmechanische ideale Gas im mikrokanonischen Ensemble
    7. Das ideale Gas im kanonischen und großkanonischen Ensemble
    8. Statistische Eigenschaften der Besetzungszahlen
    9. Die Sattelpunktsmethode
  3. Bose-Gase: Theorie und Anwendungen
    1. Thermodynamik idealer Bose-Gase
    2. Bose-Einstein-Kondensation
    3. Thermodynamik der Schwarzkörper-Strahlung
    4. Thermodynamik der Phononen
  4. Fermi-Gase: Theorie und Anwendungen
    1. Thermodynamik idealer Fermi-Gase
    2. Das entartete Fermi-Gas
    3. Die Sommerfeld-Entwicklung
    4. Magnetismus idealer Fermi-Gase
  5. Wechselwirkende Systeme
    1. Statistische Mechanik klassischer realer Gase
    2. Das Ising-Modell

Fragen zum Selbsttest: Die "Quickies" der Woche(n)!

Vorlesungsskript

Fassung vom Wintersemester 2017/18

Wird im Laufe des Semesters weiter ergänzt und überarbeitet.
Fehlermeldungen erbeten, Verbesserungsvorschläge erwünscht!

Fassung vom Sommersemester 2006

Wird überarbeitet, korrigiert und erweitert.
Die Notation ist noch nicht durchgängig konsistent.

Literaturempfehlungen

  • K. Huang:
    Statistical Mechanics
    John Wiley, New York (2nd edition, 1987)
  • L. D. Landau, E. M. Lifshitz:
    Course of Theoretical Physics, Volume 5: Statistical Physics, Part 1
    Butterworth-Heinemann, Oxford (3rd edition, 1984)
  • D. A. McQuarrie:
    Statistical Mechanics
    University Science Books, Sausalito (2nd rev. edition, 2000)
  • R. K. Pathria:
    Statistical Mechanics
    Butterworth-Heinemann, Oxford (2nd edition, 1996)
  • L. E. Reichl:
    A Modern Course in Statistical Physics
    Wiley-VCH, Weinheim (2. Auflage, 1998)
  • P. Reineker, M. Schulz, B. M. Schulz:
    Theoretische Physik V: Statistische Physik und Thermodynamik
    Wiley-VCH, Weinheim (1. Auflage, 2010)
  • F. Reif:
    Fundamentals of Statistical and Thermal Physics
    Mc Graw-Hill, Singapore (International Student Edition, 1965)