Tepelná fyzika
Tepelná fyzika je kombinací termodynamiky, statistické mechaniky a kinetické teorie. Tento zastřešující předmět je obvykle určen pro studenty fyziky a slouží k obecnému seznámení s každým ze tří základních předmětů souvisejících s teplem. Jiní autoři však tepelnou fyziku definují volně jako souhrn pouze termodynamiky a statistické mechaniky.
Boseho-Einsteinův kondenzát - reprezentativní obraz tepelné fyziky.
Přehled
Tepelná fyzika je obecně řečeno studium statistické povahy fyzikálních systémů z energetického hlediska. Počínaje základy tepla a teploty analyzuje tepelná fyzika první termodynamický zákon a druhý termodynamický zákon ze statistického hlediska, z hlediska počtu mikrostavů odpovídajících danému makrostavu. Kromě toho se studuje pojem entropie prostřednictvím kvantové teorie.
Ústředním tématem tepelné fyziky je kanonické rozdělení pravděpodobnosti. Studuje se elektromagnetická povaha fotonů a fononů, která ukazuje, že oscilace elektromagnetických polí a krystalových mřížek mají mnoho společného. Vlny tvoří základ pro obojí, pokud se do nich zahrne kvantová teorie.
Mezi další témata studovaná v tepelné fyzice patří: chemický potenciál, kvantová povaha ideálního plynu, tj. z hlediska fermionů a bosonů, Boseho-Einsteinova kondenzace, Gibbsova volná energie, Helmholtzova volná energie, chemická rovnováha, fázová rovnováha, věta o ekvipartici, entropie při absolutní nule a transportní procesy jako střední volná dráha, viskozita a vedení.
Termodynamické nástroje
Existují dva typy termodynamických přístrojů, měřidlo a zásobník. Termodynamický měřič je jakýkoli přístroj, který měří jakýkoli parametr termodynamického systému. V některých případech je termodynamický parametr vlastně definován z hlediska idealizovaného měřicího přístroje. Například nulový zákon říká, že pokud jsou dvě tělesa v termodynamické rovnováze s třetím tělesem, jsou v termodynamické rovnováze i mezi sebou navzájem. Tento princip, který zaznamenal James Maxwell v roce 1872, tvrdí, že je možné měřit teplotu. Idealizovaný teploměr je vzorek ideálního plynu při konstantním tlaku.
Termodynamický rezervoár je systém, který je tak velký, že při kontaktu se zkušebním systémem výrazně nemění své stavové parametry.
Je důležité, aby tyto dva typy nástrojů byly odlišné. Přístroj neplní svou úlohu přesně, pokud se chová jako zásobník stavové veličiny, kterou se snaží měřit. Pokud by se například teploměr choval jako zásobník teploty, změnil by teplotu měřeného systému a údaj by byl nesprávný. Ideální měřidla nemají žádný vliv na stavové veličiny systému, který měří.
