Statistik und Thermodynamik

Dieses Buch basiert auf theoretischen Vorlesungen des Autors an der Ruhr-Universität Bochum, dieStudentinnenundStudentendesDiplom-StudiengangsPhysikim6.Semesterangebotenw- den. Um den modernen Anforderungen eines Bachelor- und Master-Studiengangs zu genügen, wurde der Stoff umgearbeitet und explizit in Teil I für Bachelor- und Teil II, basierend auf Teil I, für Master- bzw. Diplom-Studentinnen und -Studenten aufgebaut. Dabei wurde in Übereinst- mung mit den gegenwärtigen Curricula vorausgesetzt, dass die Grundzüge der Quantentheorie den Studierenden vertraut sind, so dass es möglich war, in Teil I zunächst einfache (mikroka- nische) statistische Methoden zu verwenden, aus denen die klassische Thermodynamik mit - ren vielen Anwendungen abgeleitet werden kann. Die Kenntnisse der Quantenmechanik wurden verwendet, makroskopische Systeme aus gewohnter mikroskopischer Perspektive zu betrachten. Dieses Vorgehen erleichtert das Verständnis sehr und schwierige Begriffe, wie z.B. die Ent- pie, werden leicht verständlich. Teil II konzentriert sich dann auf gehobenere Themen, wie die verschiedenen Ensembles und Quantenstatistik. Hier ?nden sich auch Beispiele aus Astrophysik und Kosmologie und modernen Entwicklungen der Bose-Einstein-Kondensation. Insgesamt entspricht der Umfang des Buches etwa dem, was in den heutigen Curricula im - reich Theorie der Statistik und Thermodynamik bei einem Bachelor- bzw. Master- und Diplom- Studiengang geboten und verlangt wird. Teil I ist auch für Nebenfächler in Physik geeignet.

Dieses Buch gibt eine kompakte und moderne Einführung in die Statistik und Thermodynamik, also der Theorie vom Verhalten makroskopischer Systeme auf der Basis ihrer mikroskopischen Freiheitsgrade.Ausgehend von der als bekannt vorausgesetzten Quantenmechanik eines mikroskopischen Systems wird im ersten Teil (Bachelor) die Statistik eines makroskopischen Systems behandelt. Von dieser werden dann die fundamentalen Sätze und Eigenschaften der klassischen Thermodynamik hergeleitet, was deren Postulate sehr durchsichtig macht. Die Thermodynamik wird dann auf wichtige und praktische Systeme angewendet. Im zweiten Teil (Master, Diplom) werden die verschiedenen Ensembles diskutiert und die Quantenstatistik aufgebaut. Sie wird auf moderne und aktuelle Systeme angewendet einschließlich der Mikrowellenhintergrundstrahlung des Universums und der neueren Untersuchungen zur Bose-Einstein-Kondensation. Ein kurzer Einblick in irreversible Prozesse und Fluktuationen beendet dieses bewusst didaktisch geschriebene Buch.

Grundlagen der Statistik und Thermodynamik.- Grundlagen der Statistischen Mechanik.- Grundlagen der Thermodynamik.- Statistische Ensembles und Quantenstatistik.- Das kanonische und großkanonische Ensemble.- Elementare Anwendungen der statistischen Mechanik.- Quantenstatistik idealer Gase.- Anwendungen der Quantenstatistik.- Irreversible Prozesse, Transport, Fluktuationen.- Der zentrale Grenzwertsatz der Statistik.