Minek kell a matematika? (bevezetés)

Hasonló dokumentumok
összetevője változatlan marad, a falra merőleges összetevő iránya ellenkezőjére változik, miközben nagysága ugyanakkora marad.

Termodinamika (Hőtan)

Evans-Searles fluktuációs tétel

Termodinamika. Belső energia

Termodinamikai bevezető

Termodinamika és statisztikus fizika

Hőtan I. főtétele tesztek

Légköri termodinamika

kinetikus gázelmélet Clausius Maxwell

Tárgymutató. dinamika, 5 dinamikai rendszer, 4 végtelen sok állapotú, dinamikai törvény, 5 dinamikai törvények, 12 divergencia,

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK március 27.

A TERMODINAMIKA I. AXIÓMÁJA. Egyszerű rendszerek egyensúlya. Első észrevétel: egyszerű rendszerekről beszélünk.

Követelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei

2. Energodinamika értelmezése, főtételei, leírási módok

1. Mi a termodinamikai rendszer? Miben különbözik egymástól a nyitott és a zárt termodinamikai

Műszaki termodinamika I. 2. előadás 0. főtétel, 1. főtétel, termodinamikai potenciálok, folyamatok

Spontaneitás, entrópia

Spontaneitás, entrópia

Molekuláris dinamika I. 10. előadás

Mivel foglalkozik a hőtan?

A termodinamika törvényei

Evans-Searles fluktuációs tétel Crooks fluktuációs tétel Jarzynski egyenlőség

Munka- és energiatermelés. Bányai István

A munkavégzés a rendszer és a környezete közötti energiacserének a D hőátadástól eltérő valamennyi más formája.

I. posztulátum: A magukra hagyott makroszkopikus rendszerek kellően hosszú idő után a termodinamikai egyensúly állapotába kerülnek.

Lássuk be, hogy nem lehet a három pontot úgy elhelyezni, hogy egy inerciarendszerben

Az energia. Energia : munkavégző képesség (vagy hőközlő képesség)

A mechanika alapjai. A pontszerű testek dinamikája

A TERMODINAMIKA II., III. ÉS IV. AXIÓMÁJA. A termodinamika alapproblémája

Euleri és Lagrange szemlélet, avagy a meteorológia deriváltjai

Az alábbi fogalmak és törvények jelentését/értelmezését/matematikai alakját (megfelelő mélységben) ismerni kell: Newtoni mechanika

Termodinamika. Tóth Mónika

Molekuláris dinamika. 10. előadás

Lagrange egyenletek. Úgy a virtuális munka mint a D Alembert-elv gyakorlati alkalmazását

a klasszikus statisztikus fizika megalapozása

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete

Környezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly

Termodinamika. Gázok hőtágulása, gáztörvények. Az anyag gázállapota. Avogadro törvény Hőmérséklet. Tóth Mónika.

Valószínűségi változók. Várható érték és szórás

Azonos és egymással nem kölcsönható részecskékből álló kvantumos rendszer makrókanónikus sokaságban.

Molekuláris motorok működése

Műszaki hőtan I. ellenőrző kérdések

Termodinamika. Tóth Mónika

Makroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel).

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

A metabolizmus energetikája

Kémiai reakciók mechanizmusa számítógépes szimulációval

Fermi Dirac statisztika elemei

8. Belső energia, entalpia és entrópia ideális és nem ideális gázoknál

A Hamilton-Jacobi-egyenlet

Alkalmazás a makrókanónikus sokaságra: A fotongáz

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

A kanonikus sokaság. :a hőtartály energiája

Feladatlap X. osztály

Lagrange és Hamilton mechanika

Hőtan ( első rész ) Hőmérséklet, szilárd tárgyak és folyadékok hőtágulása, gázok állapotjelzői

Folyadékok és gázok mechanikája

Kvantum termodinamika

2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat,

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK március 6.

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

Energia. Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Kinetikus energia: a mozgási energia

Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)

A Klasszikus Statisztikus Fizika Alapjai. Néda Zoltán, Tyukodi Botond és Kacsó Ágota - Enikő

Komplex természettudomány 3.

Megjegyzések (észrevételek) a szabad energia és a szabad entalpia fogalmához

Termokémia. Termokémia Dia 1 /55

A modern fizika születése

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

Termokémia, termodinamika

Statisztikus fizika. egyetemi jegyzet. Pécsi Tudományegyetem, Fizikai Intézet. k ezirat december 2.

Fizika-Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS Október 22. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

f = n - F ELTE II. Fizikus 2005/2006 I. félév

10/21/11. Miért potenciálfüggvények? (Honnan kapta a nevét?) Termodinamikai potenciálfüggvények. Belső energia. Entalpia

Hajdú Angéla

A világtörvény keresése

9. évfolyam. Osztályozóvizsga tananyaga FIZIKA

Monte Carlo módszerek a statisztikus fizikában. Az Ising modell. 8. előadás

A +Q töltés egy L hosszúságú egyenes szakasz mentén oszlik el egyenletesen (ld ábra ábra

Környezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly

Csillapított rezgés. a fékező erő miatt a mozgás energiája (mechanikai energia) disszipálódik. kváziperiódikus mozgás

Kémiai reakciók sebessége

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Szilárd testek sugárzása

Dinamikus modellek felállítása mérnöki alapelvek segítségével

rendszer: a világ általunk vizsgált, valamilyen fallal (részben) elhatárolt része környezet: a világ rendszert körülvevő része

rnök k informatikusoknak 1. FBNxE-1 Klasszikus mechanika

6. Termodinamikai egyensúlyok és a folyamatok iránya

FIZIKA NYEK reál (gimnázium, óra)

Tartalomjegyzék. A mechanika elvei. A virtuális munka elve. A TételWiki wikiből 1 / 6

Egy mozgástani feladat

Jelek és rendszerek 1. 10/9/2011 Dr. Buchman Attila Informatikai Rendszerek és Hálózatok Tanszék

Átírás:

Tudomány Minek kell a matematika? (bevezetés) Osváth Szabolcs a tudomány az emberiségnek a világ megismerésére és megértésére irányuló vállalkozása Semmelweis Egyetem a szőkedencsi hétszáz éves hárs Matematika... Ez a könyv a matematika nyelvén íródott...ami nélkül az ember csak hiába bolyong egy sötét labirintusban. Matematika szerepe in after years I have deeply regretted that I did not proceed far enough at least to understand something of the great leading principles of mathematics, for men thus endowed seem to have an extra sense. A matematika alkalmazásának előnyei: - precíz jóslatok (összevetés egyre kifinomultabb mérésekkel) - szigorú levezetések - absztrakt gondolkodás Galileo Galilei (1564 1642) Charles Darwin (1809 1882)

Matematika szerepe Matematika szerepe a sejtbiológia nagy sikereket ért el matematika alkalmazása nélkül nagy mennyiségű, csillagokra és bolygókra vonatkozó megfigyelést halmozott fel Tycho Brahe (1546 1601) Matematika szerepe felismerte a bolygó mozgások törvényszerűségeit matematikai modellt alkotott A mechanika, termodinamika és statisztikus fizika kapcsolata (ismétlés / bevezetés) Osváth Szabolcs Semmelweis Egyetem Johannes Kepler (1571 1630)

Mechanika Mechanika rendszerek leírása mechanika: a fizikának az az ága, ami a testek mozgásának leírásával, az erők hatásának vizsgálatával foglalkozik determinizmus: a rendszer kezdeti állapota egyértelműen meghatározza a rendszer jövőbeli fejlődését a rendszer állapota: q, q q, p Sir Isaac Newton (1642 1727) időbeli fejlődés: q, q, q, L q, p, q, ṗ, H Sir William Rowan Hamilton (1805 1865) Termodinamika termodinamika (hőtan): a fizika energiaátalakulásokkal foglalkozó tudományterülete termodinamikai rendszer: az univerzum egy jól meghatározott makroszkopikus része Termodinamikai átalakulások kvázisztatikus átalakulás: az állapot olyan lassan változik, hogy a rendszert minden pillanatban egyensúlyban lévőnek tekintjük reverzíbilis átalakulás: a kezdeti állapotából valamilyen közbülső állapotokon keresztül a végállapotba mozdított termodinamikai rendszer a végállapotból a kezdeti állapotba ugyanazokon a közbeeső egyensúlyi állapotokon keresztül jut vissza környezet: az univerzumnak a termodinamikai rendszeren kívüli része, amely körülveszi a termodinamikai rendszert A termodinamikai rendszert és a környezetét egy valós, vagy képzeletbeli fal határolja. A falak csak meghatározott típusú kölcsönhatást engednek meg a környezettel (pl. anyagcsere, munka, hőcsere).

Termodinamikai állapothatározók A termodinamika 0. főtétele állapothatározók: a termodinamikai rendszer állapotát leíró makroszkopikusan mérhető mennyiségek extenzív mennyiségek: tartományon értelmezett mennyiségek, termodinamikai rendszerek egyesítésekor összeadódnak (térfogat V, tömeg m, belső energia) intenzív mennyiségek: pontban értelmezettek termodinamikai rendszerek egyesítésekor kiegyenlítődnek (nyomás p, hőmérséklet T) állapotegyenletek: az egyensúlyban lévő rendszer állapotfüggvényei között teremtenek kapcsolatot magára hagyott termodinamikai rendszer egy idő után egyensúlyi állapotba kerül egyensúlyban levő termodinamikai rendszer szabadsági foka egyenlő a környezettel lehetséges kölcsönhatások számával két termodinamikai rendszer egyensúlyban van, ha a kölcsönhatásukat jellemző intenzív állapothatározóik egyenlők a termodinamikai egyensúly tranzitív A termodinamika 1. főtétele A termodinamika 2. főtétele az energiamegmaradás törvénye zárt termodinamikai rendszer belső energiáját kétféleképpen lehet megváltoztatni: munkavégzéssel és hőközléssel ΔU = Q + W a spontán folyamatok iránya Nincs olyan folyamat, amelynek egyetlen eredménye, hogy hő megy át hidegebb testről melegebbre. Monotermikus körfolyamat nem végezhet munkát.

A termodinamika 3. főtétele Állapotfüggvények Az abszolút tiszta kristályos anyagok entrópiája nulla kelvin hőmérsékleten zérus. Nem lehet a 0K hőmérsékletet véges számú lépésben elérni. állapotfüggvények: az állapot-határozók olyan többváltozós függvénye, amelyeknek értéke csak az adott állapottól, megváltozása pedig csakis a kezdeti és végállapottól függ (termodinamikai potenciálok) Termodinamikai entrópia Legendre transzformáció ds= Q T állapotfüggvény nem megmaradó mennyiség f ( p)=sup( px f ( x)) x Ha f deriválható, akkor f (p) a p meredekségű érintő y tengellyel való metszetnek negatív értéke. Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822 1888)

Termodinamikai potenciálok Brown mozgás Az anyag nem folytonos, hanem részecskékből áll. Statisztikus mechanika A mechanika mozgásegyenletei statisztikus mechanika: a makroszkopikus rendszerek tulajdonságait értelmezi a valószínűségszámítás és mechanikai eszközeit alkalmazva a mikrovilágra (atomok, molekulák) ṗ j = H q j q j = H p j H =K +V K = p2 2m V =V (q) Ludwig Eduard Boltzmann (1844 1906)

Fázistér Fázistér Sokatomos rendszer fázistere Liouville egyenlet N részecskéből álló rendszer állapotát megadja egy pont a 6N-dimenziós fázistérben q i koordinátákkal, p i momentumokkal kifejezve. Feltéve, hogy az energia (E) állandó, a jellemző pont a fázistérben egy pályát ír le az E(q i, p i ) = állandó felszínen. ρ (q, p) valószínűség sűrűség függvény a fázistérben ρ(q, p) d n q d n p annak a valószínűsége, hogy a rendszert a (q, p) körötti infinitezimálisan kicsi d n q d n p térfogatban találjuk ρ (q, p; t) -nek a t időbeli fejlődését a Liouville egyenlet adja meg d ρ dt = ρ t + ( ρ q i q i + ρ p i ṗ i )=0

Liouville tétele Ergodikus hipotézis Ha a fázistér egy tetszőleges V0 Ergodikus hipotézis: a rendszert jellemző pont pályája a tartományát, mint kezdeti feltételek fázistérben az halmazát tekintjük, akkor a trajektóriák E(qi, pi) = állandó felszínen mozogva végül a felszín minden bármely t pillanatban egy ugyanilyen pontján keresztülmegy. térfogatú Vt halmazt alkotnak Kvázi ergodikus hipotézis: a rendszert jellemző pont pályája a fázistérben végül is közel kerül a felszín minden pontjához. Josiah Willard Gibbs (1839 1903) Ergodikus hipotézis Poincaré visszatérési tétel Az ergodikus hipotézis a sokaságra és az időre vett átlagolás ekvivalenciáját jelenti. (Egyedi molekula vonatkozások.) < f >= f d T Zárt konzervatív rendszerek majdnem minden trajektóriája végtelen sokszor visszatér a kezdőfeltétel tetszőleges ε sugarú környezetébe a fázistérben. f =lim 1 f x t dt T T 0 f =< f > Jules Henri Poincaré (1854 1912)

Termodinamikai hőmérséklet Termodinamikai hőmérséklet hőtranszfer iránya a két hőkontaktusba hozott rendszer között P +Δt) > P ) ln(p +Δt)) > ln(p )); P ~ Ω; Ω AUB = Ω A Ω B ln(ω A +Δt) Ω B +Δt)) > ln(ω A ) Ω B )) ln(ω A +Δt)) + ln(ω B +Δt)) > ln(ω A )) + ln(ω B )) ln(ω A +Δt)) ln(ω B )) + ln(ω B +Δt)) ln(ω A )) > 0 d ln(ω A ) + d ln(ω B ) > 0 ln(ω A ) ( de) + ln(ω B ) de > 0 E E ln(ω B ) E β = ln(ω ) E 1 k B T β > ln(ω A ) E Nyomás Statisztikus sokaságok Nyomás: a tartály falával ütköző molekulák, a falra erőt fejtenek ki Az ütközésben a részecske sebességének a fallal párhuzamos összetevője változatlan marad, a falra merőleges összetevő iránya ellenkezőjére változik, miközben nagysága ugyanakkora marad.

Termodinamikai mennyiségek származtatása a kanonikus eloszlásból Termodinamikai mennyiségek származtatása a nagykanonikus eloszlásból