Ders AdıKodu Yerel KrediAKTS Ders (saat/hafta)Uygulama (saat/hafta)Laboratuar (saat/hafta)
İstatistik FizikFIZ342235220
ÖnkoşullarYok
YarıyılBahar
Dersin Diliİngilizce, Türkçe
Dersin SeviyesiLisans
Dersin TürüZorunlu @ Fizik Lisans Programı (%30 İngilizce)
Ders KategorisiTemel Meslek Dersleri
Dersin Veriliş ŞekliYüz yüze
Dersi Sunan Akademik BirimFizik Bölümü
Dersin KoordinatörüMurat Çalışkan
Dersi Veren(ler)
Asistan(lar)ı
Dersin AmacıBu dersin amacı, öğrencilerin termodinamiğin temel ilkelerini kavrayarak, mikroskobik sistemlerin davranışlarından makroskopik özellikleri türetebilmek için gerekli istatistiksel fizik altyapısını oluşturmalarını hedeflemektir. Ders, öğrencilerin termodinamiğin birinci ve ikinci yasalarını, entropi kavramını ve ideal gazların özelliklerini hem deneysel hem de teorik örnekler üzerinden incelemelerini amaçlamaktadır. Ders kapsamında, olasılık ve istatistik kavramları ile mikrokanonik, kanonik ve büyük kanonik topluluklar gibi istatistiksel toplulukların kullanımı üzerinde durulacak; öğrencilerin kuantum istatistik mekaniği çerçevesinde Fermi-Dirac ve Bose-Einstein istatistiklerini, bölüşüm fonksiyonlarını ve kuantum durumlarının olasılıklarını öğrenmeleri hedeflenmektedir. Ayrıca ders, siyah cisim ışıması, Planck dağılımı, serbest enerji ve katıların titreşim modelleri gibi temel uygulamalarla teorik bilgilerin pekiştirilmesini gözetmektedir. Ders, öğrencilerin faz geçişleri, Landau ve Ginzburg-Landau teorileri ve süperakışkanlık gibi ileri konuları anlamalarını sağlayarak, istatistiksel fiziğin temel prensiplerini farklı sistemlerde uygulayabilme yetkinliği kazanmalarını amaçlamaktadır.
Dersin İçeriğiTermodinamiğin ilkeleri; termodinamiğin 1. yasası ve temel kavramlar; ideal gazların termodinamiği; entropi ve termodinamiğin 2. yasası; olasılık ve istatistik; istatistiksel yaklaşım; mikrokanonik topluluk; kanonik topluluk; büyük kanonik topluluk; kuantum durumunun belirlenmesi ve spin sistemi; kuantum istatistik mekaniği; Fermi-Dirac istatistiği; Bose-Einstein istatistiği; bölüşüm fonksiyonu, bose ve fermi parçacıkları; kuantum durumunda parçacık olasılığı ve klasik gazın hız dağılımı; siyah cisim ışıması ve planck dağılımı; serbest enerji ve katıların titreşim modelleri (Einstein ve Debye); faz çeşitleri ve birinci/ikinci tip faz geçişleri; Landau teorisi ve simetri kırılması; Ginzburg–Landau teorisi ve süperakışkanlık.
Ders Kitabı / Malzemesi / Önerilen Kaynaklar
  • Bowley, R. ve Sanchez, M. Introductory Statistical Mechanics. Clarendon Press, ISBN: 0-19-850576-0.
  • “İstatistik Mekaniğe Giriş”, Bekir Karaoğlu, Seçkin Yayıncılık, ISBN: 978-975-02-1777-7
  • Greiner, Walter. Thermodynamics and Statistical Mechanics. 1995.
  • Schroeder, Daniel V. An Introduction to Thermal Physics.
  • Huang, Kerson. Introduction to Statistical Physics.
Opsiyonel Program BileşenleriYok

Ders Öğrenim Çıktıları

  1. İstatistik fizik alanındaki kaynakları kullanabileceklerdir.
  2. İstatistik fizik teorileri hakkında kuramsal bilgileri açıklayabileceklerdir.
  3. Kuramsal bilgileri uygulayabileceklerdir.
  4. Deneysel verileri istatistik fizik açısından ifade edebileceklerdir.
  5. Uygulamalı istatistik fizik alanında nicel problemleri formüle edebileceklerdir.

Ders Öğrenim Çıktısı & Program Çıktısı Matrisi

DÖÇ-1DÖÇ-2DÖÇ-3DÖÇ-4DÖÇ-5

Haftalık Konular ve İlgili Ön Hazırlık Çalışmaları

HaftaKonularÖn Hazırlık
1Konu Anlatımı: Dersin tanıtımı, Termodinamiğin 1. Yasası,Temel Kavramlar,İdeal Gazların Termodinamiği, Entropi, Termodinamiğin 2. Yasası konularının anlatılması. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Termodinamiğin 1. Yasası, Temel Kavramlar, İç enerji ve Entalpi hesaplamaları konuları ile ilgili örnek problem çözümleri. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Entropi, Termodinamiğin 2. Yasası konuları ile ilgili örnek problem çözümleri.1. Termodinamiğin 1. ilkesi ve Termodinamiğin 2. ilkesi konularının çalışılması.
2Konu Anlatımı: Klasik ve İstatistiksel Olasılık, Olasılık Teorisi, Durumların Sayılması, İstatistik ve Dağılım konularının anlatılması. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Olasılık ve İstatistik, Klasik ve İstatistiksel Olasılık konuları ile ilgili örnek problem çözümleri. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Olasılık Teorisi, Durumların Sayılması, İstatistik ve Dağılım konuları ile ilgili örnek problem çözümleri.1. Olasılık ve İstatistik Yasası konularının çalışılması. Kaynak: Ders Kitabı, Bölüm 3, sayfa 52-64.
3Konu Anlatımı: Sistemin quantum durumunun belirlenmesi, kristal spin modeli ve Durum Denklemi konularının anlatılması. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Kuantum durumunun belirlenmesi ve Spin Sistemin Durum Denklemi konuları ile ilgili örnek problem çözümleri. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): lastik bandın durum denklemi ile ilgili örnek problem çözümleri.1. İstatistik Fiziğin Fikirleri Yasası konularının çalışılması. Kaynak: Ders Kitabı, Bölüm 4, sayfa 67-88.
4Konu Anlatımı: Bölüşüm Fonksiyonu, kanonik dağılımda entropi hesabı ve Eşbölüşüm Teoremi konularının anlatılması. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Bir boyutlu kutuda tek parçacık ile ilgili örnek problem çözümleri. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Serbest Enerjinin minimizasyonu ile ilgili örnek problem çözümleri.1. Kanonik Dağılım Yasası konularının çalışılması. Kaynak: Ders Kitabı, Bölüm 5, sayfa 91-123.
5Konu Anlatımı: Özdeş Parçacıklar, Simetrik ve antisimetrik Dalga Fonksiyonları ve Bose parçacıkları, Fermi Parçacıkları konularının anlatılması. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Bosonların bölüşüm fonsiyonu hesabı ile ilgili örnek problem çözümleri. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Fermionların bölüşüm fonksiyonu hesabı ile ilgili örnek problem çözümleri.1. Özdeş Parçacıklar, Bozonlar ve Fermi Parçacıklar Yasası konularının çalışılması. Kaynak: Ders Kitabı, Bölüm 6, sayfa 128-142.
6Konu Anlatımı: Kuantum Durumunda bulunan bir parçacığın Olasılığı, k-uzayının Durum Yoğunluğu ve Klasik Gazın hız dağılımı konularının anlatılması. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Kuantum Durumunda bulunan bir parçacığın Olasılığı, k-uzayının Durum Yoğunluğu konuları ile ilgili örnek problem çözümleri. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Klasik Gazın hız dağılımı ile ilgili örnek problem çözümleri.1. Moleküler Hızların Maxwell Dağılımı Yasası konularının çalışılması. Kaynak: Ders Kitabı, Bölüm 7, sayfa 144-158.
7Konu Anlatımı: Siyah cisim ışıması, Rayleigh-Jeans Teorisi ve Planck Dağılımının Türetilmesi konularının anlatılması. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Siyah cisim ışıması, Rayleigh-Jeans Teorisi konuları ile ilgili örnek problem çözümleri. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Planck Dağılımı ile ilgili örnek problem çözümleri.1. Planck dağılım Yasası ve Siyah cisim ışıması konularının çalışılması. Kaynak: Ders Kitabı, Bölüm 8, sayfa 160-172.
8Ara Sınav 1
9Konu Anlatımı: Serbest Enerji, Kozmik Arkaalan Işıması, bir Katının titreşiminin Einstein Modeli ve bir Katının Titreşiminin Debye Modeli konularının anlatılması. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Serbest Enerji, Kozmik Arkaalan Işıması ile ilgili örnek problem çözümleri. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Katının titreşiminin Einstein ve Debye Modeli konuları ile ilgili örnek problem çözümleri.1. Serbest Enerji, Kozmik Arkaalan Işıması, bir Katının titreşiminin Einstein Modeli ve bir Katının Titreşiminin Debye Modeli konularının çalışılması. Kaynak: Ders Kitabı, Bölüm 8, sayfa 175-185.
10Konu Anlatımı: Özdeş Parçacıkların istatistik mekaniği ve Bose parçacıkları konularının anlatılması. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Türdeş Parçacıkların istatistik mekaniği ile ilgili örnek problem çözümleri. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Bose parçacıkları ile ilgili örnek problem çözümleri.1. Özdeş Parçacıkların istatistik mekaniği ve Bose parçacıkları konularının çalışılması. Kaynak: Ders Kitabı, Bölüm 9, sayfa 188-207.
11Konu Anlatımı: Fermi Parçacıkları ve Fermi Gazının Termodinamik Özellikleri konularının anlatılması. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Metallerdeki Elektronlar ile ilgili örnek problem çözümleri. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Yıldızlardaki Elektronlar ilgili örnek problem çözümleri.1. Fermi Parçacıkları ve Fermi Gazının Termodinamik Özellikleri konularının çalışılması. Kaynak: Ders Kitabı, Bölüm 10, sayfa 210-233.
12Konu Anlatımı: Faz Çeşitleri, Birinci ve İkinci Tip Faz Geçişleri, Clapeyron Denklemi ve Sıvı –Gaz sistemleri konularının anlatılması. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Birinci ve İkinci Tip Faz geçişi ile ilgili örnek problem çözümleri. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Karışımların faz ayrılması ile ilgili örnek problem çözümleri.1. Faz Çeşitleri, Birinci ve İkinci Tip Faz Geçişleri, Clapeyron Denklemi ve Sıvı-Gaz sistemleri konularının çalışılması. Kaynak: Ders Kitabı, Bölüm 11, sayfa 236-253.
13Konu Anlatımı: Isıng Modeli, Ortalama Alan Teoremi, Düzen Parametresi, Landau teorisi ve Simetri Kırılması konularının anlatılması. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Birinci durum Landau Teorisi ile ilgili örnek problem çözümleri. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): İkinci Durum Landau Teorisi ile ilgili örnek problem çözümleri.1. Ising Modeli, Ortalama Alan Teoremi, Düzen Parametresi konularının çalışılması. Kaynak: Ders Kitabı, Bölüm 12, sayfa 255-269.
14Konu Anlatımı: Landau teorisi ve Simetri Kırılması konularının anlatılması.Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Birinci durum Landau Teorisi ile ilgili örnek problem çözümleri. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): İkinci Durum Landau Teorisi ile ilgili örnek problem çözümleri.1. Landau teorisi ve Simetri Kırılması konularının çalışılması. Kaynak: Ders Kitabı, Bölüm 12, sayfa 255-269.
15Konu Anlatımı: Ginzburg –Landau Teorisi, Ginzburg Kriteri ve Yüzey Gerilimi, akımın kuantizasyonu konularının anlatılması. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Yüklü süper akışkanlar ile ilgili örnek problem çözümleri. Sınıf-içi Uygulama (50 dk.): Süperakışkanlık ile ilgili örnek problem çözümleri.1. Ginzburg–Landau Teorisi, Ginzburg Kriteri ve Yüzey Gerilimi, akımın kuantizasyonu konularının çalışılması. Kaynak: Ders Kitabı, Bölüm 13, sayfa 272-287.
16Final

Değerlendirme Sistemi

EtkinliklerSayıKatkı Payı
Devam/Katılım14
Laboratuar
Uygulama
Arazi Çalışması
Derse Özgü Staj
Küçük Sınavlar/Stüdyo Kritiği715
Ödev510
Sunum/Jüri
Projeler
Seminer/Workshop
Ara Sınavlar135
Final140
Dönem İçi Çalışmaların Başarı Notuna Katkısı
Final Sınavının Başarı Notuna Katkısı
TOPLAM100

AKTS İşyükü Tablosu

EtkinliklerSayıSüresi (Saat)Toplam İşyükü
Ders Saati142
Laboratuar
Uygulama142
Arazi Çalışması
Sınıf Dışı Ders Çalışması133
Derse Özgü Staj
Ödev54
Küçük Sınavlar/Stüdyo Kritiği72
Projeler
Sunum / Seminer
Ara Sınavlar (Sınav Süresi + Sınav Hazırlık Süresi)110
Final (Sınav Süresi + Sınav Hazırlık Süresi)115
Toplam İşyükü :
Toplam İşyükü / 30(s) :
AKTS Kredisi :
Diğer NotlarYok