Programa UTIH

09/05/04

Home
Programa Fizica
Programa ISBE
Programa Acustica
Programa UTIH
Programa IEDM
Programa Constructii
Programa Agronomie
Programa Mecanica
Constructii Urbane

 

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

Termodinamica statistică a sistemul Fermi ideal

 

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

 

Home | Programa Fizica | Programa ISBE | Programa Acustica | Programa UTIH | Programa IEDM | Programa Constructii | Programa Agronomie | Programa Mecanica | Constructii Urbane