








|
|
UNIVERSITATEA ,,DUNĂREA
DE JOS” din GALAŢI
FACULTATEA DE
INGINERIE BRĂILA
CATEDRA:
DEPARTAMENTUL DE ŞTIINŢE FUNDAMENTALE
SPECIALIZAREA:
UTILAJUL
ŞI
TEHNOLOGIA INDUSTRIEI CELULUZEI ŞI HÂRTIEI
PROFIL: MECANIC
PROGRAMA ANALITICĂ
A DISCIPLINEI
TERMODINAMICĂ ŞI FIZICĂ STATISTICĂ
Disciplina se studiază
în semestrul
V Curs 28
ore
Repartiţia de ore
săptămânală
este:
Aplicaţii 28 ore
Curs - 2 ore, Aplicaţii
- 2 ore, în sem.V
1. Obiectivele
disciplinei de studiu
Disciplina Termodinamică şi fizică statistică completează şi dezvoltă
cunoştinţele dobândite la disciplinele: fizică, chimie, mecanica
fluidelor,etc.
Cunoaşterea termodinamicii şi a fizicii statistice înlesneşte înţelegerea
multor fenomene care întervin în practică, putându-se proiecta şi realiza
instalaţii care au la bază proprietăţile fluidelor.
Termodinamica şi fizica statistică permit
studiul complet al oricărui fenomen termic, hidrodinamic, magnetoelectric,
chimic etc, studiu care va permite viitorilor ingineri din industra
celuluzei şi a hârtiei să aplice aceste cunoştinţe în
practică.
Sunt
prezentate multiple aplicaţii din domeniul fizicii, chimiei, dar mai ales al
tehnicii. De exemplu, într-un studiu teoretic, pentru simplificare, se
neglijează frecările, vâscozităţile fluidelor, etc, dar în realitate, toate
aceste fenomene există şi nu pot fi lăsate deoparte. Proiectarea unei linii
de lucru, realizarea unei instalaţii, îmbunătăţirea unui proces tehnologic,
toate aceste pot avea loc doar având la bază o bună înţelegere a fenomenelor
la scară micro şi macroscopică.
Este
clar că studiul unui fenomen pe baze termodinamice şi statistice este
exhaustiv, caracterizând complet întreg sistemul luat în consideraţie.
Din
acest motiv, însuşirea metodelor termodinamicii şi a fizicii statistice este
indispensabilă inginerilor din industra celuluzei şi a hârtiei.
Cursul
este structurat pe 11 capitole, capitole ce cuprind informaţiile necesare
studenţilor pentru a înţelege fenomenele care intervin în acest domeniu de
activitate: Principiul minimului energiei, Principiul lucrului minim şi
principiul lucrului maxim, Piroelectricitatea, Piezoelectricitatea, Efectul
piezocaloric, Efectul piezomagnetic, Efectul magnetocaloric, Capacităţi
calorice, Compresibilităţi, Susceptibilităţi, Coeficienţi de dilatare,
Tensiunea superficială, Formarea de picături, Ansamblul statistic clasic,
Ansamblul statistic cuantic, Aplicaţii ale distribuţiei microcanonice,
canonice şi macrocanonice, Absorbţia de molecule pe o suprafaţă solidă,
Radiaţia termică, Căldura specifică a solidelor, Ecuaţia de stare a
solidului, Sisteme în interacţie.
2.
Conţinutul ştiinţific al cursului
Cap. 1
|
Potenţiale
termodinamice |
|
1.1 |
Transformarea
Legendre |
|
1.2 |
Potenţiale
termodinamice uzuale |
|
|
1.2.1 |
Energia liberă |
|
|
1.2.2 |
Entalpie |
|
|
1.2.3 |
Potenţialul
Gibbs |
|
|
1.2.4 |
Potenţialul
macrocanonic |
|
|
1.2.5 |
Potenţialul
grand canonic |
|
|
1.2.6 |
Funcţii Massieu |
|
1.3 |
Principiul
minimului energiei |
|
1.4 |
Proprietatea
fundamentală a potenţialelor |
|
1.5 |
Principiul lucrului
minim şi principiul lucrului maxim |
Cap. 2 |
Relaţii Maxwell şi
proprietăţi de simetrie
|
|
2.1 |
Relaţii Maxwell |
|
2.2 |
Proprietăţi de
simetrie |
|
|
2.2.1 |
Piroelectricitatea |
|
|
2.2.2 |
Piezoelectricitatea |
|
|
2.2.3 |
Efectul
piezocaloric |
|
|
2.2.4 |
Efectul
piezomagnetic |
|
|
2.2.5 |
Efectul
magnetocaloric |
|
|
2.2.6 |
Simetria
coeficienţilor de influenţă |
Cap. 3 |
Transformări
jacobiene
|
|
3.1 |
Capacităţi calorice
şi compresibilităţi |
|
|
3.1.1 |
Capacităţi calorice |
|
|
3.1.2 |
Compresibilităţi |
|
|
3.1.3 |
Susceptibilităţi |
|
|
3.1.4 |
Coeficienţi de
dilatare |
|
3.2 |
Relaţii între
coeficienţi |
|
|
3.2.1 |
Relaţia Reech |
|
|
3.2.2 |
Relaţia Mayer |
Cap. 4 |
Fenomene de
suprafaţă
|
|
4.1 |
Tensiunea
superficială |
|
4.2 |
Formula lui Laplace |
|
4.3 |
Formarea de
picături |
Cap. 5
|
Ansamble
statistice |
|
5.1 |
Ansamblul
statistic clasic |
|
|
5.1.1 |
Teorema lui
Liouville |
|
|
5.1.2 |
Ecuaţia lui
Liouville |
|
5.2 |
Ansamblul
statistic cuantic |
|
|
5.2.1 |
Operatorul
statistic |
|
|
5.2.2 |
Trecerea la
ansamblul pur |
|
5.3 |
Ecuaţia
Liouville-von Neumann |
|
5.4 |
Numărul de stări în
statistica cuantică |
Cap. 6
|
Ansamble statistice de echilibru
|
|
6.1 |
Ansamblul
microcanonic |
|
|
6.1.1 |
Aplicaţii ale
distribuţiei microcanonice |
|
|
6.1.2 |
Sistem de N
oscilatori cuantici |
|
6.2 |
Ansamblul
canonic |
|
|
6.2.1 |
Aplicaţii ale
distribuţiei canonice |
|
|
6.2.2 |
Sistem de N
oscilatori cuantici |
|
|
6.2.3 |
Paradoxul lui Gibbs |
|
6.3 |
Ansamblul
macrocanonic |
|
|
6.3.1 |
Aplicaţii ale
distribuţiei macrocanonice |
|
|
6.3.2 |
Absorbţia de
molecule pe o suprafaţă solidă |
Cap. 7
|
Deducerea distribuţiei canonice din maximul
entropiei
|
|
7.1 |
Distribuţia
microcanonică |
|
7.2 |
Distribuţia
canonică |
|
7.3 |
Distribuţia
macrocanonică |
|
7.4 |
Sistem în câmp
electric şi magnetic |
Cap. 8 |
Sistemul Fermi
ideal
|
|
8.1 |
|
|
8.2 |
Paramagnetismul
Pauli al electronilor liberi |
Cap. 9
|
Sistemul Bose
ideal
|
|
9.1 |
Condensarea
Bose-Einstein |
|
9.2 |
Radiaţia termică |
|
9.3 |
Căldura
specifică a solidelor |
|
|
9.3.1 |
Modelul Einstein |
|
|
9.3.2 |
Modelul Debye |
|
|
9.3.3 |
Ecuaţia de stare
a solidului |
Cap.10 |
Diamagnetismul
şi paramagnetismul
|
|
10.1 |
Diamagnetismul |
|
10.2 |
Paramagnetismul |
Cap.11 |
Sisteme în
interacţie
|
|
11.1 |
Ecuaţia van der
Waals |
|
11.2 |
Feromagnetismul |
|
11.3 |
Modelul Ising
unidimensional |
|
|
|
|
|
3.
Conţinutul lucrărilor de seminar
Abordarea disciplinei se face atât teoretic, cât şi prin aplicaţii
principiale. Acestea sunt necesare pentru a materializa cunoştinţele
teoretice dobândite la curs şi pentru a înţelege fenomenele fizice,
fenomene ce nu pot fi reproduse în laborator, precum şi
pentru a obişnui studenţii cu calculul
diferitelor distribuţii şi statistici.
Structura lucrărilor aplicative:
1
|
Potenţiale
termodinamice,
Transformarea
Legendre, Potenţiale
termodinamice uzuale,
Principiul minimului energiei |
2
|
Proprietatea fundamentală a potenţialelor, Principiul lucrului minim şi
principiul lucrului maxim |
3 |
Relaţii Maxwell şi proprietăţi de simetrie,
Piroelectricitatea, Piezoelectricitatea, Efectul piezocaloric, Efectul
piezomagnetic, Efectul magnetocaloric, Simetria coeficienţilor de
influenţă
|
4 |
Transformări jacobiene, Capacităţi calorice şi
compresibilităţi, Capacităţi calorice
|
5 |
Compresibilităţi, Susceptibilităţi, Coeficienţi de
dilatare, Relaţia Reech, Relaţia Mayer
|
6 |
Fenomene de suprafaţă, Tensiunea superficială
|
7 |
Formula lui Laplace, Formarea de picături
|
8
|
Ansamble statistice, Ansamblul statistic clasic şi cuantic, Numărul de
stări în statistica cuantică |
9
|
Ansamble statistice de echilibru,
Aplicaţii ale distribuţiei microcanonice, Aplicaţii ale distribuţiei
canonice, Aplicaţii ale distribuţiei macrocanonice
|
10
|
Absorbţia de molecule pe o suprafaţă solidă
|
11
|
Deducerea distribuţiei canonice din maximul entropiei,
Distribuţia microcanonică, Distribuţia canonică, Distribuţia
macrocanonică, Sistem în câmp electric şi magnetic
|
12 |
Sistemul Fermi ideal, Termodinamica statistică a sistemul
Fermi ideal, Paramagnetismul Pauli al electronilor liberi
|
13
|
Sistemul Bose ideal, Condensarea Bose-Einstein, Radiaţia
termică, Căldura specifică a solidelor, Modelul Einstein, Modelul Debye,
Ecuaţia de stare a solidului
|
14 |
Diamagnetismul şi paramagnetismul, Diamagnetismul,
Paramagnetismul, Ecuaţia van der Waals, Feromagnetismul, Modelul Ising
unidimensional
|
4.
Modul de evaluare a cunoştinţelor.
Conform planului de învăţământ,
disciplina se încheie cu examen la sfârşitul semestrului de studiu.
Lucrările de seminar se
evaluează prin colocviu la finele semestrului de studiu, iar rezultatul se
notează cu note de la 1 la 10. Este obligatoriu ca fiecare student să aibă
parcursă întreaga programă de seminar, specificată la pct. 3. şi să obţină
minimul nota 5 pentru a promova colocviul. Acest colocviu constă în trei
aplicaţii.
Examenul constă în lucrare
scrisă, ce conţine trei subiecte teoretice.
Rezultatul colocviului se
cumulează cu nota de la examenul scris şi formează nota finală a disciplinei
la sfârşitul semestrului de studiu.
5.
Bibliografie
1.
Picu,
M., (1999), Fizica, Editura Academica, Galaţi
2.
Picu,
M., Termodinamica şi fizica statistică, Editura Academica, Galaţi –
sub tipar
3.
Sterian, P. şi Stan, M., (1985), Fizica, Editura Didactică şi
Pedagogică, Bucureşti
4.
Tudose,
C., ş.a. (1981), Fizică, Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti
5.
Bejan,
A., (1988), Fizica, Editura All, Bucureşti
6.
Ciobanu, G., ş.a. (1983), Fizica moleculară, termodinamica şi fizica
statistică, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti
7.
Georgescu, L., ş.a., (1983), Fizica stării lichide, Editura Didactică
şi Pedagogică, Bucureşti
8.
Ignat,
M., (1981), Întrebări şi exercitii de fizică statistică şi termodinamică,
Editura Ştiinţifică şi Enciclopedică, Bucureşti
9.
Inţa, I., (1985), Complemente de fizică, Editura Didactică şi
Pedagogică, Bucureşti
10.
Mercheş, I. ş.a., (1983), Mecanica analitică şi a mediilor
deformabile, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti
11.
Moisil, G. (1988), Termodinamica şi fizica statistică, Editura
Academiei R.S.R., Bucureşti
Intocmit,
Prof.
univ. dr. fiz. Mihaela PICU
|