Download des Vorlesungsskripts - Statistische Physik - Universität ...

Vorwort
Das Manuskript zu der Vorlesung Theoretische Physik V: Thermodynamik entstand in den
Jahren 2010 und 2011, nachdem der bisherige Diplomstudiengang Physik durch einen aufeinander
abgestimmten Bachelor- und Masterstudiengang auch an der Universität Rostock
ersetzt wurde. In diesem Zusammenhangwurdeneinige Veränderungen undAnpassungendes
Inhalts der bisherigen Vorlesung zur Thermodynamik notwendig, für die sich im Laufe der
Jahre ein bewährter Fahrplan im Diplomstudium im 5. Semester ergeben hatte. Die sich im
6. Semester unmittelbar anschließende Vorlesung zur Theoretischen Physik VI: Statistische
Physik musste im Zeitumfang leider etwas beschnitten werden, so dass einige Inhalte in die
Thermodynamik-Vorlesung verschoben wurden.
DieerstenKapitelsindnahezuunverändertgeblieben.Im1.KapitelwerdenGrundbegriffeder
Thermodynamik eingeführt und im 2. Kapitel die Hauptsätze besprochen. Dieser axiomatische
Ansatz ist für die Studenten immer wieder sehr lehrreich. Die Größe Entropie wird dabei
ausfürlich diskutiertundderzweite unddritte Hauptsatz formuliert. Im 3. Kapitel werden die
thermodynamischen Potenziale eingeführt und einige Anwendungen behandelt, insbesondere
die Gleichgewichts- und Stabilitätsbedingungen. Das 4. Kapitel zu Phasenübergängen und
kritischen Phänomenen wurde überarbeitet. Es wird nun bereits hier in die moderne Klassifikation
von Phasenübergängen eingeführt, auch um die Behandlung magnetischer Systeme
in der Vorlesung Statistische Physik besser vorzubereiten. Die Maxwell-Konstruktion für das
van-der-Waals-Modell wird abgeleitet. Das 5. Kapitel beschäftigt sich mit Mehrkomponentensystemen
und einigen wichtigen Anwendungen, insbesondere mit der Mischungsentropie,
der Osmose, den Raoultschen Gesetzen und chemischen Reaktionen. Das 6. Kapitel zu den
Grundlagen der klassischen statistischen Physik wurde neu in die Thermodynamik-Vorlesung
integriert. Die Informationsentropie wird eingeführt und die verschiedenene Gibbsschen Gesamtheiten
werden behandelt. Die Ableitung der entsprechenden Wahrscheinlichkeitsverteilungen
und die Auswertung der Zustandssummen für das Modell des idealen Gases schließt
dann sehr schön den Bogen zum Beginn der Vorlesung mit der empirischen Einführung der
idealen Zustandsgleichungen. Ansonsten wurde die gesamte Vorlesung inhaltlich und textlich
überarbeitet und auch Fehler im früheren Skript korrigiert. Ich hoffe, die Studentinnen und
StudentendesBachelorkurses Physik anderUniversität Rostock undvielleicht auchanderswo
finden dieses Skript zum Erlernen und zur Nachbearbeitung der Thermodynamik-Vorlesung
geeignet und hilfreich. Für Anregungen und Hinweise bin ich dankbar.
Ich möchte mich bei dieser Gelegenheit bei meinen Assistenten bedanken, die die Hauptarbeit
mit den StudentinnenundStudenten desjeweiligen Jahrgangs im Kurshatten. Währendman
in der Vorlesung die Studentinnen und Studenten mit den neuen Inhalten und übergreifenden
Anwendungsbeispielen beeindrucken kann, steht in der Übung die oft mühevolle Festigung
des begrifflichen Apparats und eine sichere Beherrschung und Umsetzung der Grundgleichungen
im Mittelpunkt. Gerade die Thermodynamik bereitet den Studentinnen und Studenten
mit ihrer Vielfalt an physikalischen Größen immer wieder einige Schwierigkeiten ... Ich danke
also Dr. Niels Fitzer, Dr. Sandra Kuhlbrodt, Dr. Nadine Nettelmann, Dr. Bastian Holst,
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