Statistische Physik und Thermodynamik: Grundlagen und Anwendungen (de Gruyter Studium) (German Edition)

The updated and enlarged 2^nd^ edition of this textbook is equally suitable for use as an enhancement to a course on statistical physics and thermodynamics or for self-study. The work focuses on presenting the terms and concepts in this broad subject area as well as on describing the systems of non-interacting particles in thermal equilibrium. * Outstanding, readily understandable introduction * Clearly written, with many examples * Exercises with detailed solutions in all chapters Inhalt Liste der wichtigsten verwendeten Symbole und Abkürzungen Einleitung 1 Grundlagen der Statistischen Physik 1.1 Zustande in der Quantenmechanik 1.1.1 Zustande, Observable, Erwartungswerte 1.1.2 Beispiele fllr gemischte Zustande 1.1.3 DieZeitentwicklung 1.2 Statistische Beschreibung eines Systems 1.2.1 Makroskopische Systeme 1.2.2 Der Gleichgewichtszustand eines makroskopischen Systems 1.3 NichtwechselwirkendeTeilchen in einem Kasten 1.4 Energieanderung eines makroskopischen Systems 1.4.1 Wärme und Arbeit 1.4.2 Verallgemeinerte Krafte 1.5 Entropie und Temperatur 1.5.1 Gleichgewicht und Randbedingungen 1.5.2 Makroskopische Systeme im thermischen Kontakt 1.5.3 Quasistatische Anderungen der Energie 1.5.4 Definition deswarmebads 1.5.5 Ideales Gas 1.6 Systeme im Kontakt mit der Umgebung 1.6.1 Wärmeaustausch 1.6.2 Wärme und Teilchenaustausch 1.7 Übungsaufgaben 2 Thermodynamik 2.1 Die Hauptsatze der Thermodynamik 2.2 Absolute Temperaturskala, Einheiten und Naturkonstanten 2.3 Thermodynamische Potentiale 2.3.1 Definition von extensiven und intensiven GrOBen 2.3.2 LegendreTransformationen und thermodynamischePotentiale 2.3.3 MaxwellRelationen 2.3.4 Die kalorische Zustandsgleichung 2.3.5 MaterialgrOfien 2.3.6 Die Adiabatengleichung 2.4 Wärmemaschinen und warmereservoire 2.4.1 DerWirkungsgrad 2.4.2 DieCarnotMaschine 2.4.3 Der Wirkungsgrad eines allgemeinen Kreisprozesses 2.4.4 Die CurzonAhlbornMaschine 2.5 Gleichgewichtsbedingungen 2.5.1 Gleichgewicht bei Austauschprozessen 2.5.2 Stabilitatsbedingungen 2.5.3 Chemische Reaktionen und Reaktionsgleichgewicht 2.6 Gleichgewicht zweier Phasen einer Substanz 2.6.1 Koexistenz zweier Phasen einer Substanz 2.6.2 PhasenUbergang erster Ordnung 2.6.3 Die ClausiusClapeyron’schen Gleichung 2.6.4 Die Dampfdruckkurve 2.7 Ubungsaufgaben 3 Thermodynamik (dealer und realer Gase 3.1 Das van derWaalsGas 3.1.1 Die thermischeZustandsgleichung 3.1.2 Diefreie Energie desvan derWaalsGases 3.1.3 Die Wärmekapazitatbei konstantem Druck 3.2 Ideale Gase und die Adiabatengleichung 3.3 Freie Expansion eines Gases 3.4 Der JouleThomsonEffekt 3.5 Die Schallgeschwindigkeit 3.5.1 Berechnung der Schallgeschwindigkeit 3.5.2 Die Schallgeschwindigkeit in einem Gemisch von Gasen 3.5.3 Schallwellen und die mittlere freie Wegiange 3.5.4 Experimented Bestimmung der Gaskonstante 3.6 Ideale Gase und das Dalton’sche Gesetz 3.7 Reaktionsgleichgewichte idealer Gase 3.7.1 Chemisches Potential idealer Gase 3.7.2 Das Massenwirkungsgesetz 3.8 Verdampfungund Verdunstung 3.8.1 Die Dampfdruckkurve 3.8.2 Die Verdampfungswarme 3.8.3 Verdunstung 3.9 Übungsaufgaben 4 Methoden der Statistischen Physik 4.1 Zustandssummen undthermodynamische Potentiale 4.1.1 Mikrokanonische Zustandssumme 4.1.2 Kanonische Zustandssumme 4.1.3 GroBkanonische Zustandssumme 4.2 Zusammenfassung: Statistik —> Thermodynamik 4.3 Alternative Herleitung der Ensembles 4.4 Die klassische Naherung 4.4.1 Vorbetrachtungen 4.4.2 Zustandssummen in klassischer Naherung 4.4.3 Die klassische Naherung am Beispiel des idealen einatomigen Gases 4.5 Übungsaufgaben 5 Systeme von Teilchen ohne Wechsetwlrkung 5.1 Die Maxwell’sche Geschwindigkeitsverteilung 5.2 Die barometrische HOhenformel 5.3 Der Gleichverteilungssatz 5.3.1 Herleitung des Gleichverteilungssatzes 5.3.2 Einatomiges ideales Gas 5.3.3 Zweiatomiges ideales Gas 5.3.4 n-atomiges ideales Gas 5.3.5 WidersprUche zum Gleichverteilungssatz 5.3.6 Betrachtung zur Bedingung Gl. (5.16) 5.4 DaszweiatomigeidealeGas 5.4.1 Vorbetrachtungen 5.4.2 Vibrationen 5.4.3 Rotationen 5.4.4 Das Verhaltnisvonr„zuTr 5.5 Ortho und Parawasserstoff 5.6 Wärmekapazitat eines Systems mit zwei Energieniveaus 5.7 VerdUnnte Lösungen 5.7.1 Die freie Enthalpie von verdUnnten Lbsungen 5.7.2 Der osmotische Druck 5.7.3 Die SiedepunktserhOhung 5.7.4 Die Gefrierpunktserniedrigung 5.7.5 Die Dampfdruckerniedrigung 5.7.6 Das Henry’sche Gesetz 5.8 Ionisierung einatomiger idealer Gase 5.9 Festkbrper: Warmekapazitat des Gitters 5.9.1 Normalschwingungen 5.9.2 Regel von DulongPetit 5.9.3 Das Verhalten von Cv furT > 5.9.4 Das DebyeModell 5.9.5 Das EinsteinModell und optische Phononen 5.9.6 Vergleich mit dem Experiment 5.9.7 Bemerkungen zur freien Energie und freien Enthalpie des Festkbrpers 5.10 Ideale Spinsysteme: Paramagnetismus 5.10.1 DieMagnetisierung 5.10.2 MagnetischeMomente von lonen und Atomen 5.11 Adiabatische Entmagnetisierung 5.11.1 Diefreie Energie der paramagnetischen lonen im Kristall 5.11.2 Das Prinzip der KUhlung durch adiabatische Entmagnetisierung 5.11.3 Thermodynamik der adiabatischen Entmagnetisierung 5.11.4 Eine NaherungfUr^CT.tK) und CH(T,0) 5.11.5 BeispielefUr paramagnetische Salze 5.12 Ideale Quantengase 5.12.1 Die Besetzungszahlen 5.12.2 Der Limes kleiner Besetzungszahlen 5.12.3 Illustration des Unterschiedszwischen den Statistiken 5.12.4 Dasfreie ideate Quantengas 5.12.5 Das ultrarelativistische ideale Quantengas 5.13 Das Photonengas 5.13.1 Das chemische Potential der Photonen 5.13.2 Die Abzahlung der Zustande 5.13.3 Die Strahlungsgesetze der Hohlraumstrahlung 5.13.4 Der Strahlungsdruck 5.13.5 Strahlungsleistung eines Hohlraums 5.13.6 Freie Energie und Entropie des Photonengases 5.14 Ideales BoseGas 5.14.1 Anzahl derTeilchen und BoseEinsteinKondensation 5.14.2 Die Energie des idealen BoseGases 5.14.3 Diewarmekapazitat 5.14.4 Bemerkungen zur Realisierung der BoseEinsteinKondensation im Experiment 5.15 Ideales FermiGas 5.15.1 Zustandsdichte und Energiedichte 5.15.2 Der Limes T> 5.15.3 Entwicklung der Energiedichte nach der Temperatur 5.15.4 Diewarmekapazitat des idealen FermiGases 5.16 Magnetische Eigenschaften des idealen FermiGases 5.16.1 Der PauliParamagnetismus 5.16.2 Magnetfelder und thermodynamische Potentiate 5.16.3 Das grofikanonische Potential des idealen FermiGases im Magnetfeld 5.16.4 Der LandauDiamagnetismus 5.16.5 Der de Haasvan AlphenEffekt 5.17 Para und Diamagnetismus im Festkbrper 5.17.1 Nichtmetall 5.17.2 Metall 5.18 Übungsaufgaben 6 Systeme von Tellchen mlt Wechsetwlrkung 6.1 Reales Gas: Cluster und Virialentwicklung 6.1.1 Die Clusterentwicklung 6.1.2 Die Virialentwicklung 6.1.3 Der Koeffizient Bj(T) 6.2 Die van der WaalsGleichung 6.2.1 Virialentwicklung und van der WaalsGleichung 6.2.2 Alternative Herleitungder van der WaalsGleichung 6.3 Der PhasenUberganggasfbrmigflussig 6.3.1 Der kritische Punkt 6.3.2 Die DruckkurvefUrTemperaturen unterhalb von Tc 6.3.3 Der Phasenllbergang 6.4 Oberflacheneffekte bei der Dampfkondensation 6.4.1 Das Systems FlUssigkeitstropfen Dampf 6.4.2 Die KelvinGleichung 6.4.3 Der Druck in einer Dampfblase 6.4.4 Die Stabilitat von Tropfen, in denen Salze gelbst sind 6.5 Zustandsgleichungeines Plasmas mit niedriger Dichte 6.5.1 Der DebyeRadius 6.5.2 Kalorische und thermischeZustandsgleichungdes Plasmas 6.6 Der Ferromagnetismus 6.6.1 Die Austauschwechselwirkung 6.6.2 Das HeisenbergModell 6.6.3 Die Weiss'sche Naherung 6.6.4 Die Magnetisierung in der Weiss’schen Naherung 6.6.5 FerromagnetischeMaterialien und Effekte 6.6.6 Die Grenzen der Weiss’schen Naherung 6.7 Übungsaufgaben 7 Annaherung an das Glelchgewicht 7.1 Mastergleichungen 7.1.1 Bilanzgleichungen 7.1.2 Magnetische Resonanz 7.2 Die BoltzmannGleichung 7.2.1 Vorbetrachtungen 7.2.2 Herleitung der BoltzmannGleichung 7.2.3 Der Gleichgewichtszustand eines verdlinnten Gases 7.2.4 Lokale Gleichgewichtsverteilung 7.2.5 Die Relaxationszeitnaherung 7.3 Transportphanomene in Metallen 7.3.1 Annahmen und Voraussetzungen 7.3.2 Transportphanomene 7.3.3 Physikalische Interpretation der Resultate 7.4 Temperaturausgleich 7.4.1 Die Wärmeleitungsgteichung 7.4.2 Einfache Anwendungen der Warmeleitungsgteichung 7.5 Übungsaufgaben Lösungen der ubungsaufgaben Tabellen Literatur Stichwortverzeichnis

Dieses Lehrbuch führt umfassend und anschaulich in die Grundlagen und Anwendungen der Statistischen Physik und Thermodynamik ein. Im Fokus liegt das Herausarbeiten der Begriffe und Konzepte sowie die Beschreibung von Systemen nichtwechselwirkender Teilchen im thermischen Gleichgewicht.

Die vorliegende 2., überarbeitete Auflage enthält zusätzliche Aufgaben und komplette Lösungswege und stellt eine hervorragende Prüfungsvorbereitung dar. Es eignet sich sowohl als Begleitung und Vertiefung der Vorlesung über Statistische Physik und Thermodynamik als auch zum Selbststudium.

Dieses Lehrbuch führt umfassend und anschaulich in die Grundlagen und Anwendungen der Statistischen Physik und Thermodynamik ein. Im Fokus liegt das Herausarbeiten der Begriffe und Konzepte sowie die Beschreibung von Systemen nichtwechselwirkender Teilchen im thermischen Gleichgewicht. Die vorliegende 2., überarbeitete Auflage enthält zusätzliche Aufgaben und komplette Lösungswege und stellt eine hervorragende Prüfungsvorbereitung dar. Es eignet sich sowohl als Begleitung und Vertiefung der Vorlesung über Statistische Physik und Thermodynamik als auch zum Selbststudium. The updated and enlarged 2 nd edition of this textbook is equally suitable for use as an enhancement to a course on statistical physics and thermodynamics or for self-study. The work focuses on presenting the terms and concepts in this broad subject area as well as on describing the systems of non-interacting particles in thermal equilibrium. Outstanding, readily understandable introduction Clearly written, with many examples Exercises with detailed solutions in all chapters "The updated and enlarged 2nd edition of this textbook is equally suitable for use as an enhancement to a course on statistical physics and thermodynamics or for self-study. The work focuses on presenting the terms and concepts in this broad subject area as well as on describing the systems of non-interacting particles in thermal equilibrium"-- Provided by publisher