theoretische physik at RWTH Aachen

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Warum wird ein schwingendes Pendel gedämpft?

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Was ist ein ideales Gas?

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Wie kann man eine relative Temperatur messen?
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Was ist die Wahrscheinlichkeit eins von zwei sich ausschließenden Ereignissen zu erhalten?

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Was ist ein Ensemble?

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Warum beschreibt man die Thermodynamik als phänomenologische Theorie?

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Wie ist die Energie in abgeschlossenen Systemen verteilt?
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Welche Gleichgewichtssituationen werden in der statistischen Physik behandelt?

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Wodurch zeichnet sich ein makroskopisches System Aus?

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Welche Nichtgleichgewichtssituationen werden in der statistischen Physik behandelt?

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Was ist ein abgeschlossenes System?
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Warum statistische Beschreibung?

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theoretische physik

Warum wird ein schwingendes Pendel gedämpft?
Das System strebt in einen ungeordneten Zustand, sodass die große Energie des Pendels auf die Gasmoleküle übertragen wird, bis es makroskopisch ruht.

theoretische physik

Was ist ein ideales Gas?
Das Gas ist hinreichend verdünnt, d.h. mittlerer Abstand >> Reichweite der Wechselwirkung (Stöße). Es folgt für die Energie: E_pot << E_kin

theoretische physik

Wie kann man eine relative Temperatur messen?
Mit einem Thermometer:
  • “Kleines” System: Energie des zu messenden Systems >> ausgetauschte Wärme
  • Thermometerischer Parameter, der sich mit der absorbierten Wärme ändert

theoretische physik

Was ist die Wahrscheinlichkeit eins von zwei sich ausschließenden Ereignissen zu erhalten?
Die Summe der einzelnen Wahrscheinlichkeiten

theoretische physik

Was ist ein Ensemble?
  • Besteht aus Vielzahl identischer Systeme
  • Wird charakterisiert durch eine Wahrscheinlichkeitsverteilung
  • Ist festgelegt durch makroskopische Präperationsvorschriften (z.B. Energie, Druck und Teilchenzahl)

theoretische physik

Warum beschreibt man die Thermodynamik als phänomenologische Theorie?
Keine mikroskopische Erklärung für Phänomene, wie z.B. die Temperatur

theoretische physik

Wie ist die Energie in abgeschlossenen Systemen verteilt?
Da E_pot << E_kin gilt E = E_kin. Die meisten Konfigurationen gibt es, wenn die meisten Teilchen eine Energie von ca. E/N haben, d.h. bei diesem Wert bildet sich ein Maximum aus.

theoretische physik

Welche Gleichgewichtssituationen werden in der statistischen Physik behandelt?
  • Einfache thermodynamische Zusammenhänge von Gasen
  • Magnetische Eigenschaften von Festkörpern
  • Phasenübergänge (z.B. fest-flüssig-gasförmig oder magnetisch-nichtmagnetisch)

theoretische physik

Wodurch zeichnet sich ein makroskopisches System Aus?
  • Besteht aus mikroskopischen Konstituenten
  • Hat viele mikroskopische Freiheitsgrade

theoretische physik

Welche Nichtgleichgewichtssituationen werden in der statistischen Physik behandelt?
  • Lineare Antworttheorie (Störungen mit kleiner Amplitude) vs. „echtes“ Nichtgleichgewicht
  • Relaxation abgeschlossener Systeme vs. durch äußere Störungen getriebene Systeme

theoretische physik

Was ist ein abgeschlossenes System?
  • Isoliert: nicht mit anderen Systemen in Kontakt
  • Nicht gestört: lange sich selbst überlassen

theoretische physik

Warum statistische Beschreibung?
Messgrößen fluktuieren auf sehr kurzen Zeitskalen. Gesucht sind also Zusammenhänge zwischen Kontrollparametern (z.B. Volumen) und Mittelwerten/Messgrößen (z.B. Druck)

Prinzip: „erst Mitteln dann rechnen“
Ziel: identifizieren der Parameter die brauchbar f+Übür die makroskopisch Beschreibung sind

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