Statistical physics

Course goals

1. ken je de Hoofdwetten van de thermodynamica en kun je deze toepassen op eenvoudige processen en systemen.
2. kun je de begrippen energie, arbeid, warmte, entropie, enthalpie, en vrije energie aan elkaar relateren, en veranderingen hierin in verband brengen met warmte capaciteit en temperatuur.
3. ken je het kinetisch model van een verdund gas, en ken je de afleidingen voor de druk, de interne energie, de Maxwell-Boltzmann snelheidsverdeling, de barometrische hoogteverdeling, en de vrije weglengte.
4. kun je de begrippen macro- en microtoestand onderscheiden, en de multipliciteit uitrekenen van eenvoudige modellen zoals twee-niveau systemen, de harmonische oscillator, of een ideaal gas.
5. ken je het begrip ensemble, en kun je uitgaande van het microkanoniek ensemble de Boltzmann verdeling en het kanoniek ensemble afleiden, en de kanonieke partitiesom (en hieruit de thermodynamische eigenschappen) uitrekenen voor eenvoudige modelsystemen.
6. ken je de begrippen chemische potentiaal en het groot-kanoniek ensemble, bijvoorbeeld in de context van adsorptie systemen.
7. ken je het begrip fasenovergang, bijvoorbeeld in de context van de Van der Waals theorie voor de gas-vloeistof overgang of de gemiddelde veld theorie voor het Ising model.

1. Praktische en technische labvaardigheid: De student voert veilig een experimenteel onderzoek uit en maakt een numerieke simulatie van random processen in een aanzienlijk groot systeem in Python.
2. Academische onderzoeksvaardigheid: De student identificeert de belangrijkste fysische concepten afkomstig uit het theorieonderdeel Statistische Fysica en andere vormen van informatie en voltrekt, analyseert en interpreteert als een integere en professionele onderzoeker een experimenteel onderzoek. De student trekt conclusies op basis van het verzamelde en geanalyseerde bewijs en stelt op basis van de resultaten van het onderzoek verbeteringen voor die ingaan op de aspecten die de kwaliteit (informatiedichtheid) van de data het meest beperken. De student is in staat om een artikel van medestudenten middels peer review op waarde te schatten en van gefundeerd commentaar te voorzien.
3. Kwantificatie en analyse: De student begrijpt de concepten die belangrijk zijn bij het modelleren van een fysische situatie en kan met behulp van het model en eventuele benaderingen daarvan de data kwantitatief interpreteren.
4. Verslaglegging en documentatie: De student schrijft op wetenschappelijk verantwoorde wijze een artikel dat aan de gebruikelijke eisen aan vorm, inhoud en lay-out voldoet en de argumentaties en conclusies van het onderzoek overtuigend en overzichtelijk presenteert. Het artikel maakt gebruik van standaardvormen van communicatie om het onderzoek inzichtelijk te maken voor vakgenoten.
5. Projectmanagement: De student plant en ontwerpt middels een werkplan zelfstandig een experimenteel onderzoek, zodanig dat aan het eind een volledige, voldoende grote en betrouwbare set data is verzameld.

Content