Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Elementy fizyki statystycznej
Koordynator przedmiotu:
Dr hab. inż. Agata Fronczak, prof. uczelni, agata.fronczak@pw.edu.pl
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Fotonika
Grupa przedmiotów:
Obowiązkowe
Kod przedmiotu:
1050-FO000-ISP-5EFS
Semestr nominalny:
5 / rok ak. 2020/2021
Liczba punktów ECTS:
2
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
1. godziny kontaktowe – 35 h; w tym a) obecność na wykładach – 15 h b) obecność na ćwiczeniach/laboratoriach – 15 h d) uczestniczenie w konsultacjach (nieobowiązkowe) – 5 h 2. praca własna studenta – 15 h; w tym a) przygotowanie do ćwiczeń i do kolokwiów – 10 h b) zapoznanie się z literaturą – 5 h Razem w semestrze 50 h, co odpowiada 2 pkt. ECTS
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
1. obecność na wykładach – 15 h 2. obecność na ćwiczeniach – 15 h 3. uczestniczenie w konsultacjach – 5 h Razem w semestrze 35 h, co odpowiada 1,5 pkt. ECTS
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
1. ćwiczenia rachunkowe – 15 h 2. przygotowanie do kolokwiów na podstawie zestawów zadań: 10 h Razem w semestrze 25 h, co odpowiada 1 pkt. ECTS
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład15h
  • Ćwiczenia15h
  • Laboratorium0h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Limit liczby studentów:
Cel przedmiotu:
Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z podstawowymi metodami fizyki statystycznej, które mają zastosowanie w różnych zagadnieniach teoretycznych związanych z: promieniowaniem elektomagnetycznym (fizyka gazu fotonowego) i własnościami ciał statałych (fonony optyczne, aktustyczne; kryształy fotonowe).
Treści kształcenia:
Zagadnienia omawiane podczas wykładów: 1. Termodynamika klasyczna, gaz doskonały: 1h (zasady termodynamiki; procesy odwracalne i nieodwracalne; klasyczny gaz doskonały jako model prototypowy układu termodynamicznego; termodynamika gazu fotonowego) 2. Entropia, potencjały termodynamiczne: 2h (definicja entropii i przyrostu entropii, przepłw i produkcja entropii w procescha odwracalnych i nieodwacalnych; potencjały termodynamiczne) 3. Podstawowe pojęcia fizyki statystycznej: 2h (mikrostan, makrostan, przestrzeń stanów) 4. Elementy rachunku prawdopodobienstwa i kombinatoryki w fizyce statystycznej: 2h (przestrzeń stanów, jako przestrzeń zdarzeń elementarnych) 5. Rozkład mikrokanoniczny w fizyce statystycznej, przykłady: 2h (podstawowy postulat fizyki statystycznej, hipoteza ergodyczna, entropia statystyczna, przykład gazu doskonałego, paramagnetyk) 6. Rozkład kanoniczny: 2h (podstawowe wzory związane z zespołem kanonicznym, przykłady: ciało stałe Einsteina, fonony optyczne i akustyczne w siecia krystalicznej) 7. Rozkład wielki kanoniczny i statystyki kwantowe: 1h (wyprowadzenie i własności rozkładów Fermiego-Diraca i Bosego-Einsteina, fotony jako bozony) 8. Funkcja gęstości stanów: 1h (funkcja gęstości stanów – definicja i przykłady; funkcja gęstości dla cząstek klasycznych, bozonów i fermionów, fotony jako bozony bez masy spoczykowej); 9. Własności gazu fotonowego: 2h (rozkład Plancka, prawo przesunięć Wiena, prawo Stefana-Boltzmanna, równanie stanu gazu fotonowego, ciśnienie światła) Ćwieczenia rachunkowe nawiązują do treści omówionych na wykładzie.
Metody oceny:
Zasady zaliczenia przedmiotu: 1. Na koniec semestru prowadzący wystawia studentowi jedną ocenę, biorąc pod uwagę oceny uzyskane przez studenta podczas dwóch kolokwiów zorganizowanych w trakcie semestru. 2. Aby zaliczyć przedmiot student musi uzyskać pozytywną ocenę (tj. przynajmniej ocenę 3,0) z obydwu kolokwiów. 3. Terminy kolokwiów zostaną ustalone w pierwszym tygodniu zajęć. 4. Kolokwia będą obejmowały materiał omówiony na wykładzie i na ćwiczeniach rachunkowych. Będą składały się z 5 krótkich pytań teoretycznych i zadań rachunkowych. 4 spośród tych pytań/zadań zostaną wybrane spośród pytań/zadań umieszczonych w podrozdziałach pt. Pytania kontrolne i Przykładowe zadania kończących każdy rozdział skryptu. 5. Kolokwium poprawkowe. Po zakończeniu zajęć w semestrze zostaną zorganizowane kolokwia poprawkowe. Można poprawiać jedno lub obydwa kolokwia. Podczas wystawiania oceny końcowej będzie brana pod uwagę lepsza z uzyskanych ocen. 6. System oceniania: ocena z każdego kolokwium jest przeliczana na punkty: ocena 5 – 5 pkt.; ocena 4,5 – 4,5 pkt. itd. Końcowa ocena z przedmiotu zależy od sumy punktów uzyskanych podczas dwóch kolokwiów: Suma punktów Końcowa ocena z przedmiotu 9,5 – 10 5 8,5 – 9 4,5 7,5 – 8 4 6,5 – 7 3,5 6 3
Egzamin:
tak
Literatura:
Materiały do wykładu i do ćwiczeń w postaci skryptu, prezentacji i zestawów zadań rachunkowych do realizacji podczas zajęć są dostępne na stronie przedmiotu: http://if.pw.edu.pl/~agatka/efs.html Literatura uzupełniająca 1. K. Huang, Podstawy fizyki statystycznej, PWN 2. A. Zagórski, Fizyka statystyczna, Oficyna Wydawnicza PW 3. A. Fronczak, Zadania i problemy z rozwiązaniami z termodynamiki i fizyki statystycznej , Oficyna Wydawnicza PW 4. J. Jakubowski, R. Sztencel, Rachunek prawdopodobieństwa dla prawie każdego, Script, Warszawa 2002 (Wydanie II)
Witryna www przedmiotu:
http://if.pw.edu.pl/~agatka/efs.html
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt 5EFA_W01
Ma podstawową wiedzę w zakresie rachunku prawdopodobieństwa i statystyki matematycznej oraz wie w jaki sposób fizyka teoretyczna wykorzystuje tę wiedzę w zakresie metod fizyki kwantowej i statystycznej.
Weryfikacja: kolokwia
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_W01
Powiązane efekty obszarowe: X1A_W02, X1A_W03, T1A_W01, T1A_W07
Efekt 5EFA_W02
Ma podbudowaną teoretycznie wiedzę z zakresu metod teoretycznych fizyki i fotoniki w zakresie fizyki statystycznej. Rozumie skąd biorą się podstawowe prawa związane z termodynamiką ciała stałego i promieniowania elektromagnetycznego (gazu fotonów).
Weryfikacja: kolokwia
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_W05
Powiązane efekty obszarowe: X1A_W01, T1A_W02, T1A_W03, InzA_W02

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt 5EFA_U01
Potrafi wyjaśnić, korzystając z odpowiednich metod matematycznych (m.in. statystyki matematycznej) i fizycznych, podstawowe własności materii i promieniowania EM. Rozumie podstawy teoretyczne rachunku błędów.
Weryfikacja: kolokwia, rozwiązywanie zadań rachunkowych podczas ćwiczeń
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_U03, FOT_U05, FOT_U07
Powiązane efekty obszarowe: X1A_U01, T1A_U01, T1A_U02, T1A_U07, InzA_U01, X1A_U06, X1A_U09, T1A_U02, T1A_U07, T1A_U08, X1A_U01, T1A_U07, T1A_U09

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Efekt 5EFA_K01
Rozumie potrzebę ciągłego dokształcania się i konieczność rozumienia pozatechnicznych, nieinżynierskich aspektów pracy inżynierskiej fotonika.
Weryfikacja: konsultacje z wykładowcą
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_K01
Powiązane efekty obszarowe: X1A_K01, T1A_K01