FYS2160 – Termodynamikk og statistisk fysikk

Kort om emnet

Emnet gir en innføring i statistisk mekanikk og termodynamikk. Statistisk mekanikk gir et begrepsmessig og teoretisk fundament for termodynamikk og tidens retning i makroskopiske systemer. Termodynamikk er teorien for systemer med mange partikler bygget på noen få aksiomer - termodynamikkens lover. Vi anvender teoriene på en rekke systemer slik som gasser, væsker, faste stoffer og blandinger, og ser på anvendelser innen materialer, kjemi, biologi, geofag og teknologi. Vi lærer å bygge modeller hvor vi finner oppførselen til store systemer fra vekselvirkningen mellom enkeltpartikler. Vi utforsker systemer med enkel teori, numeriske metoder som molekylær dynamikk og Monte Carlo-metoder, og eksperimentelle metoder som gir reelle data vi kan analysere.

Hva lærer du?

Etter å ha fullført emnet:

• behersker du grunnleggende statistiske metoder og begreper som sannsynlighet, tilfeldige variable, forventningsverdi og varians; kjenner estimatorer for disse og vanlige sannsynlighetsfordelinger; og du kan anvende kombinatoriske metoder på statistiske problemer.
• behersker du å sette opp modeller for og analysere enkle systemer i det mikrokanoniske, kanoniske og stor-kanoniske systemet; du mestrer modellene for spinn-systemer, ideell gass og Einstein krystallen, og anvendelser av disse; og du kjenner til hvordan modellene kan brukes til å beskrive systemer med realistiske vekselvirkninger.
• mestrer du overgangen fra en mikroskopisk til en makroskopisk beskrivelse gjennom statistisk mekanikk; kjenner og kan anvende termodynamikkens lover og fri-energi prinsipper; kan beskrive termodynamiske prosesser og varmemaskiner; og du mestrer bruk av kjemisk potensial til å beskrive diffusiv likevekt, faselikevekt og kjemiske prosesser.
• behersker du en statistisk-mekanisk beskrivelse av kvante-gasser og kan beskrive Fermi- og Bose-statistikk for elektron-, boson-, og foton-gasser, du kjenner til Fermi-energi og kan bruke tilstandstetthet til å finne partikkeltall, og energi teoretisk og numerisk.
• er du trent i å finne de viktigste vekselvirkningene i et system, lage forenklede modeller, og analysere den makroskopiske oppførselen med teoretiske, numeriske og symbolske metoder med spesiell vekt på stokastiske simuleringer og molekylær dynamikk.
• kjenner du anvendelser av statistisk mekanikk og termodynamikk i eksempler fra andre disipliner som materialvitenskap, kjemi, og biologi.

Opptak til emnet

Studenter må hvert semester søke og få plass på undervisningen og melde seg til eksamen i Studentweb.

Spesielle opptakskrav

I tillegg til generell studiekompetanse eller realkompetanse må du dekke spesielle opptakskrav.

Du må ha:

• Matematikk R1 (eller Matematikk S1 og S2) + R2

Og en av disse:

• Fysikk (1+2)
• Kjemi (1+2)
• Biologi (1+2)
• Informasjonsteknologi (1+2)
• Geofag (1+2)
• Teknologi og forskningslære (1+2)

De spesielle opptakskravene kan også dekkes med fag fra videregående opplæring før Kunnskapsløftet, eller på andre måter.

Obligatoriske forkunnskaper

Følgende emner må tas før første obligatorisk laboratorieundervisning i FYS2160:

• HMS0503 – Laboratoriesikkerhet
• HMS0505 – El-sikkerhet

Anbefalte forkunnskaper

• MAT1100 – Kalkulus
• MAT1110 – Kalkulus og lineær algebra
• MAT1120 – Lineær algebra
• MAT-INF1100 – Modellering og beregninger
• IN1900 – Introduksjon i programmering for naturvitenskapelige anvendelser
• FYS-MEK1110 – Mekanikk
• FYS1120 – Elektromagnetisme
• FYS2130 – Svingninger og bølger
• FYS2140 – Kvantefysikk

Overlappende emner

• 10 studiepoeng overlapp med FYS2169 – Statistisk mekanikk og termisk fysikk - Seminarvariant.
• 4 studiepoeng overlapp med KJM3310 – Fysikalsk kjemi III - Statistisk termodynamikk for kjemi.
• 4 studiepoeng overlapp med KJM4310 – Fysikalsk kjemi III - Statistisk termodynamikk for kjemi.

Undervisning

Det er obligatorisk oppmøte til første forelesning. Du mister plassen på emnet dersom gyldig forfall til første forelesning ikke er meldt til Fysisk institutt studieinfo@fys.uio.no før forelesningen starter!

Emnet går over et helt semester med 8 timer undervisningstilbud per uke:

• 2 timer forelesning
• 2 timer seminar med oppgaver
• 2 timer gruppeundervisning
• 2 timer orakeltjeneste

Emnet har seks obligatoriske oppgaver som inkluderer obligatorisk deltakelse på to laboratorieøvelser.

De obligatoriske oppgavene må være godkjent før avsluttende eksamen. Dersom du har deltatt på minst 10 gruppeundervisninger trenger du kun levere 5 obligatoriske oppgaver. Oppgavene som inkluderer laboratorieøvelser må uansett leveres og godkjennes.

Reglement for obligatoriske innleveringer finner du her.

For å kunne delta på obligatorisk laboratorieundervisning er det et krav at følgende emner må være bestått tidligere enn første obligatorisk laboratorieundervisning i FYS2160:

• HMS0503 – Laboratoriesikkerhet
• HMS0505 – El-sikkerhet

Du må ta med dokumentasjon på at du har bestått HMS0503 – Laboratoriesikkerhet og HMS0505 – El-sikkerhet når du møter på første obligatoriske laboratorieundervisning i FYS2160.

Ettersom undervisningen innebærer laboratorie- og/eller feltarbeid, bør du vurdere å tegne en egen reise- og personskadeforsikring. Les om hvordan du er forsikret som student.

Eksamen

• Avsluttende skriftlig eksamen som teller 100 % ved sensurering.

Dette emnet har obligatoriske øvelser som må være godkjent før avsluttende eksamen.

Som eksamensforsøk i dette emnet teller også forsøk i følgende tilsvarende emner: FYS2169 – Statistisk mekanikk og termisk fysikk - Seminarvariant

Hjelpemidler til eksamen

• Godkjent kalkulator
• Rottman: "Matematisk formelsamling"
• Øgrim og Lian eller Angell og Lian: "Fysiske størrelser og enheter"
• Ett 2-siders A4-ark med egne notater/formler

Eksamensspråk

Dersom emnet undervises på engelsk vil det bare tilbys eksamensoppgavetekst på engelsk. Du kan besvare eksamen på norsk, svensk, dansk eller engelsk.

Karakterskala

Emnet bruker karakterskala fra A til F, der A er beste karakter og F er stryk. Les mer om karakterskalaen

Adgang til ny eller utsatt eksamen

Dette emnet tilbyr både utsatt og ny eksamen. Les mer:

• Syk på eksamen / utsatt eksamen
• Trekk under eksamen / ta eksamen på nytt

Mer om eksamen ved UiO

• Kildebruk og referanser
• Tilrettelegging på eksamen
• Trekk fra eksamen
• Syk på eksamen / utsatt eksamen
• Begrunnelse og klage
• Ta eksamen på nytt
• Fusk/forsøk på fusk

Andre veiledninger og ressurser finner du på fellessiden om eksamen ved UiO.