Fizyka statystyczna w ujęciu doświadczonego dydaktyka!

Podręcznik zawiera podstawowe wiadomości z fizyki statystycznej wyłożone w bardzo przystępny sposób. W kolejnych rozdziałach opisano:
• zagadnienia związane z termodynamiką,
• kinetyczną teorię gazów doskonałych,
• gaz Fermiego i gaz Bosego,
• rozkład kanoniczny i wielki rozkład kanoniczny,
• procesy stochastyczne,
• zjawiska transportu,
• kondensację Bosego-Einsteina,
• nadciekłość i szum.

Książka powstała jako zapis wykładu z fizyki statystycznej, prowadzonego przez Autora, dzięki czemu jej konstrukcja ma bardzo dużą wartość dydaktyczną. Każdy rozdział zawiera zwartą, ale dokładną prezentację danego zagadnienia, a na końcu zadania i problemy do rozwiązania pozwalające na ugruntowanie zdobytej wiedzy i pełne jej zrozumienie.

W podręczniku zamieszczono również dodatek matematyczny, w którym podane są zagadnienia matematyczne, leżące u podstaw prowadzonych w książce dowodów oraz wykaz literatury.

Podręcznik przeznaczony jest dla studentów wydziałów fizyki, astronomii, inżynierii materiałowej, chemii, a także wykładowców i pracowników naukowych.

Rozdziały:

1. Obraz makroskopowy
1.1. Termodynamika
1.2. Parametry termodynamiczne
1.3. Granica termodynamiczna
1.4. Procesy termodynamiczne
1.5. Klasyczny gaz doskonały
1.6. Pierwsza zasada termodynamiki
1.7. Układy magnetyczne
Zadania

2. Ciepło i entropia
2.1. Równania dla ciepła
2.2. Gaz doskonały
2.3. Cykl Carnota
2.4. Druga zasada termodynamiki
2.5. Temperatura bezwzględna
2.6. Temperatura jako czynnik całkujący
2.7. Entropia
2.8. Entropia gazu doskonałego
2.9. Ograniczenia termodynamiki
Zadania

3. Zastosowania termodynamiki
3.1. Równanie dla energii
3.2. Niektóre mierzalne współczynniki termodynamiczne
3.3. Entropia a straty energii
3.4. Temperatura w funkcji entropii
3.5. Warunki równowagi
3.6. Energia swobodna Helmholtza
3.7. Potencjał Gibbsa
3.8. Równania Maxwella
3.9. Potencjał chemiczny
Zadania

4. Przejścia fazowe
4.1. Przejścia fazowe pierwszego rodzaju
4.2. Warunki współistnienia faz
4.3. Równanie Clapeyrona
4.4. Równanie stanu van der Waalsa
4.5. Rozwinięcie wirialne
4.6. Punkt krytyczny
4.7. Konstrukcja Maxwella
4.8. Skalowanie
Zadania

5. Podejście statystyczne
5.1. Obraz atomowy
5.2. Przestrzeń fazowa
5.3. Funkcja rozkładu
5.4. Hipoteza ergodyczna
5.5. Zespół statystyczny
5.6. Zespół mikrokanoniczny
5.7. Rozkład najbardziej prawdopodobny
5.8. Mnożniki Lagrange’a
Zadania

6. Rozkład Maxwella–Boltzmanna
6.1. Wyznaczanie parametrów
6.2. Ciśnienie gazu doskonałego
6.3. Ekwipartycja energii
6.4. Rozkład prędkości
6.5. Entropia
6.6. Wyprowadzenie termodynamiki
6.7. Fluktuacje
6.8. Czynnik Boltzmanna
6.9. Strzałka czasu
Zadania

7. Zjawiska transportu
7.1. Granica bezzderzeniowa i hydrodynamiczna
7.2. Demon Maxwella
7.3. Hydrodynamika nielepka
7.4. Fala dźwiękowa
7.5. Dyfuzja
7.6. Przewodnictwo cieplne
7.7. Lepkość
7.8. Równanie Naviera–Stokesa
Zadania

8. Statystyki kwantowe
8.1. Termiczna długość fali
8.2. Cząstki nierozróżnialne
8.3. Liczby obsadzeń
8.4. Spin
8.5. Zespół mikrokanoniczny
8.6. Statystyka Fermiego
8.7. Statystyka Bosego
8.8. Wyznaczanie parametrów
8.9. Ciśnienie
8.10. Entropia
8.11. Energia swobodna
8.12. Równanie stanu
8.13. Granica klasyczna
Zadania

9. Gaz Fermiego
9.1. Energia Fermiego
9.2. Stan podstawowy
9.3. Temperatura Fermiego
9.4. Własności niskotemperaturowe
9.5. Cząstki i dziury
9.6. Elektrony w ciałach stałych
9.7. Półprzewodniki
Zadania

10. Gaz Bosego
10.1. Fotony
10.2. Wzmocnienie bozonowe
10.3. Fonony
10.4. Ciepło własciwe Debye’a
10.5. Elektronowe ciepło właściwe
10.6. Zachowanie liczby cząstek
Zadania

11. Kondensacja Bosego–Einsteina
11.1. Makroskopowe obsadzenia
11.2. Kondensat
11.3. Równanie stanu
11.4. Ciepło właściwe
11.5. Powstawanie kondensatu
11.6. Ciekły hel
Zadania

12. Zespół kanoniczny
12.1. Zespół mikrokanoniczny
12.2. Klasyczny zespół kanoniczny
12.3. Suma statystyczna
12.4. Związki z termodynamiką
12.5. Fluktuacje energii
12.6. Minimalizacja energii swobodnej
12.7. Klasyczny gaz doskonały
12.8. Zespół kwantowy
12.9. Kwantowa suma statystyczna
12.10. Wybór reprezentacji
Zadania

13. Wielki zespół kanoniczny
13.1. Rezerwuar cząstek
13.2. Wielka suma statystyczna
13.3. Fluktuacje liczby cząstek
13.4. Związki z termodynamiką
13.5. Fluktuacje krytyczne
13.6. Gazy kwantowe w wielkim zespole kanonicznym
13.7. Fluktuacje liczb obsadzeń
13.8. Fluktuacje fotonów
13.9. Kreacja par
Zadania

14. Parametr porządku
14.1. Złamana symetria
14.2. Model spinu Isinga
14.3. Teoria Ginzburga–Landaua
14.4. Teoria pola średniego
14.5. Wykładniki krytyczne
14.6. Twierdzenie fluktuacyjno-dyssypacyjne
14.7. Długość korelacji
14.8. Uniwersalność
Zadania

15. Nadciekłość
15.1. Funkcja falowa kondensatu
15.2. Teoria pola średniego
15.3. Równanie Grossa–Pitajewskiego
15.4. Koherencja fazy kwantowej
15.5. Przepływ nadciekły
15.6. Nadprzewodnictwo
15.7. Efekt Meissnera
15.8. Kwanty strumienia indukcji magnetycznej
15.9. Złącze Josephsona
15.10. SQUID
Zadania

16. Szum
16.1. Fluktuacje termiczne
16.2. Szum Nyquista
16.3. Ruchy Browna
16.4. Teoria Einsteina
16.5. Dyfuzja
16.6. Związek Einsteina
16.7. Świat molekularny
16.8. Fluktuacje i dyssypacja
Zadania

17. Procesy stochastyczne
17.1. Przypadkowość i prawdopodobieństwo
17.2. Rozkład dwumianowy
17.3. Rozkład Poissona
17.4. Rozkład Gaussa
17.5. Centralne twierdzenie graniczne
17.6. Szum śrutowy
Zadania

18. Analiza szeregów czasowych
18.1. Zespół trajektorii
18.2. Widmo mocy i funkcja korelacji
18.3. Sygnał i szum
18.4. Prawdopodobieństwa przejścia
18.5. Procesy Markowa
18.6. Równanie Fokkera–Plancka
18.7. Równanie Langevina
18.8. Powrót do ruchów Browna
18.9. Metoda Monte Carlo
18.10. Symulacja modelu Isinga
Zadania

Dodatek. Uzupełnienia matematyczne
D.1. Przybliżenie Stirlinga
D.2. Funkcja delta
D.3. Różniczka zupełna
D.4. Pochodne cząstkowe
D.5. Reguła łańcuchowa
D.6. Mnożniki Lagrange’a
D.7. Sumowanie stanów kwantowych
D.8. Funkcje Fermiego
Stałe fizyczne i zamiana jednostek