1. Modultitel und Modulnummer:

Modul 10 und 63.1: Theoretische Physik III (Statistische Mechanik)

2. Lehrveranstaltungen des Moduls:

Vorlesung (4 SWS), Übung (2 SWS), betreut in Kleingruppen

3. Modulverantwortliche(r):

Verantwortlich sind die Lehrenden, Professor(inn)en und Dozent(inn)en der Theoretischen Physik im Wechsel

4. Lehrinhalte:

Kernpunkte der Veranstaltung sind:

Thermodynamik: Grundkonzepte, thermodynamisches Gleichgewicht, System und Umgebung (Wärmebäder), Zustand, Zustandsgrößen, Hauptsätze der Thermodynamik, Entropie, thermodynamische Potentiale, Zustandsgleichungen, Gleichgewichts- und Stabilitätsbedingungen, thermodynamische Koeffizienten, Anwendungen (z.B. Chemische Reaktionen, Wärmekraftmaschinen, Thermodynamik von Phasenübergängen);

Grundlagen der statistischen Physik: Mikroskopische Definitionen der Entropie, Wärme und Temperatur, Gesamtheiten, Zustandssummen, freie Energien, thermodynamischer Limes, Fluktuationen, Beziehung zur Thermodynamik und Informationstheorie;

Quantenstatistik: Statistische Quantenmechanik, Ideale Quantengase, Bose-Einstein- und Fermi-Dirac-Verteilung, Stark entartete Fermi- und Bosegase, Bose-Einstein-Kondensation;

Ausblick in weiterführende Themen, z.B. Prozesse fern vom thermodynamischen Gleichgewicht, Phasenübergänge und Computersimulationsmethoden.

5. Kompetenzen:

In der Veranstaltung wird vermittelt, wie die Tatsache, dass es in makroskopischen Systemen mit sehr vielen Freiheitsgraden durch das Zusammenspiel vieler gleichartiger Elemente zu neuen physikalischen Phänomenen und Gesetzmäßigkeiten kommt, mikroskopisch begründet und phänomenologisch beschrieben werden kann. Die Studierenden werden mit zentralen Begriffen wie „thermodynamisches Gleichgewicht“ und „Entropie“ vertraut und lernen Konzepte kennen, die sehr breit und weit über die Physik hinaus angewendet werden können, z.B. in Chemie, Biologie, Ingenieurwissenschaften bis hin zu Wirtschafts- und Sozialwissenschaften.

6. Anzahl Einzelleistungen:

Eine benotete Einzelleistung

7. Erbringungsformen:

mündliche Prüfung

8. Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten:

Bestehen der mündlichen Prüfung (zur Vorlesung und Übung), regelmäßige aktive Teilnahme: Begleitend zur Vorlesung muss eine Nacharbeitung anhand von Physik- (Standard) Lehrbüchern erfolgen. Zu den Übungen müssen Aufgaben gelöst und in den Übungen vorgerechnet werden, die Übungsaufgaben werden jeweils eine Woche vorher ausgegeben.

9. Arbeitsaufwand und Leistungspunkte:

Struktur des Lehrangebots

Semester

Aufwand

(Stunden)

Aufwand Einzelleistungen

(LP)

LP

Kontakt-stunden

Selbst-studium

benotet

unbenotet

Theoretische Physik III (V)

5*

60

60

2

6

Übung zur Vorlesung

5*

30

60

3

Gesamt

9

*: wird der Masterstudiengang Biophysik oder Nanowissenschaften studiert (FsB 4), so wird das Modul für das 1. Semester empfohlen.

10. Teilnahmevoraussetzungen und Vorkenntnisse:

Modul 7

11. Modultyp und Verwendbarkeit des Moduls:

Modul 10:

Pflichtmodul des vertiefenden Studiums des Kernfaches Physik Vertiefung Physik (FsB 5.3.1)

Modul 63.1:

Wahlpflichtmodul der Masterstudiengänge Biophysik und Nanowissenschaften (FsB 4)

12. Dauer des Moduls/Angebotsturnus:

Jährlich, jeweils im Wintersemester