Kursen innehåller grundläggande begrepp, verktyg och samband inom termodynamiken. Kursen inleds med en introduktion till några grundläggande begrepp inom termodynamiken: termisk jämvikt, temperatur, värme och arbete, termodynamikens första huvudsats, värmekapacitet, ekvipartitionsprincipen, entalpi och latent värme. Tillståndsekvationen för en ideal gas härleds ur ett mikroskopiskt perspektiv. Transportegenskaper som värmeledning, strålning, konvektion, diffusion och viskositet diskuteras. Termodynamikens andra huvudsats härleds utifrån ett statistiskt betraktelsesätt. Begreppen mikro- och makrotillstånd, degeneration och entropi introduceras. Den statistiska utgångspunkten används även för att bestämma tillstånd för en paramagnet, för en fast kropp och för en ideal gas. Temperaturbegreppet diskuteras genom att analysera termisk jämvikt utifrån ett statistiskt betraktelsesätt. En liknande metod används för att koppla entropi till tryck vid jämvikt. Begreppen diffusionsjämvikt och kemisk potential introduceras. Värme- och kylmaskiner studeras med första och andra huvudsatsen som utgångspunkter. Kursen innehåller en behandling av den ideala Carnotcykeln, Ottocykeln och Dieselcykeln. Slutligen behandlas och exemplifieras begreppet fri energi. Fasövergångar diskuteras och Clausius-Clapeyrons relation härleds. Van der Waals modell för gaser studeras. Kursen omfattar en teoridel om 4,5 hp och en experimentell laborationsdel om 1,5 hp.
Förväntade studieresultat
Efter genomgången kurs ska den studerande kunna:
- förklara grundläggande begrepp och samband inom termodynamiken som temperatur, värme och arbete, termodynamikens första huvudsats och värmekapacitet,
- lösa problem och göra beräkningar inom termodynamiken genom att använda idealgasmodellen,
- redogöra för begreppen degeneration och entropi samt termodynamikens andra huvudsats,
- förklara sambandet mellan det mikroskopiska och makroskopiska betraktelsesättet för ett termodynamiskt system,
- förklara samband mellan entropi, temperatur, tryck och kemisk potential,
- beräkna verkningsgrad för värmemaskiner samt köld- och värmefaktorer för kyl- och värmemaskiner,
- förstå och använda begreppet fri energi vid termodynamiska beräkningar,
- analysera fasövergångar.
Behörighetskrav
Univ: För tillträde till kursen krävs Flervariabelanalys (5MA010, 7,5 hp) och Klassisk mekanik A (5FY041, 9 hp) eller motsvarande.
Undervisningens upplägg
Undervisningen bedrivs i form av lektionsundervisning, räkneövningar och handledning vid laborationer. Laborationer är obligatoriska moment i kursen.
Examination
Kunskapsredovisningen sker dels i form av muntlig och skriftlig rapportering av laborationer, dels i form av ett prov vid kursens slut. Provet är normalt skriftligt. På rapporter sätts något av betygen Underkänd (U) eller Godkänd (G). Vid det avslutande provet sätts något av betygen Underkänd (U), Godkänd (3), Icke utan beröm godkänd (4) eller Med beröm godkänd (5).
På hela kursen sätts något av betygen Underkänd (U), Godkänd (3), Icke utan beröm godkänd (4) eller Med beröm godkänd (5). För att bli godkänd på hela kursen krävs att samtliga prov och obligatoriska moment är godkända. Den som godkänts i ett prov får ej undergå förnyat prov för högre betyg.
En student som utan godkänt resultat har genomgått två prov för en kurs eller en del av en kurs, har rätt att få en annan examinator utsedd, om inte särskilda skäl talar emot det (HF 6 kap. 22 §). Begäran om ny examinator ställs till prefekten för Institutionen för fysik.
TILLGODORÄKNANDE
Tillgodoräknande prövas individuellt.
Båda nedanstående versioner av boken kan användas. De innehåller samma material men har olika numrering av ekvationerna.
Schroeder Daniel V. An introduction to thermal physics San Francisco : Addison Wesley : cop. 2000 : x, 422 s. : ISBN: 0-201-38027-7 Se Umeå UB:s söktjänst
Schroeder Daniel V. An introduction to thermal physics Pearson new international edition. : Harlow, Essex : Pearson : [2014] : ii, 331 pages : ISBN: 9781292026213 Se Umeå UB:s söktjänst
Schroeder Daniel V. An introduction to thermal physics San Francisco : Addison Wesley : cop. 2000 : x, 422 s. : ISBN: 0-201-38027-7 Se Umeå UB:s söktjänst
Schroeder Daniel V. An introduction to thermal physics San Francisco : Addison Wesley : cop. 2000 : x, 422 s. : ISBN: 0-201-38027-7 Obligatorisk Se Umeå UB:s söktjänst
