◎系所教育目標：
本系課程除涵蓋一般物理學系應有之重要基礎課程外，並同時兼顧物理理論與應用，高年級課程編排，除表列光電、固態電子等物理專論外，將與校外產業資源結合，以實務技能之學習為目標，期能於在校期間即設計與科技產業接觸機會，拓展科技視野，為就業預作預備，或為升學奠定學術基礎。 |
| ◎核心能力 | 關聯性 |
| (Space) | (Space) |
◎本學科內容概述：
為了與同學們有某種互動, 在每單元結束後1週內請寫下1題不會做而最想要問的問題題號, 將於統計人數後酌予公佈相關提示.
text book 1 (使用書籍1):
Thermal Physics, by Daniel V. Schroeder (歐亞書局代理:《熱物理》. 電話02-89121188, 傳眞02-89121166)
text book 2 (使用書籍2):
Thermal Physics 2/e， by Charles Kittel & Herbert Kroemer.
(Charles Kittel與Herbert Kroemer合著《熱物理》，1980年2版.)
由於上課時間只有1學期，因此就本系多數學生的目的導向，重點放在固態物理中將會用到的微觀熱力學，並不會把整本書討論完，只從該書的Ch 1-7及Ch 13選出部份章節.
由於上課時間有限，較強調統計力學入門。建議修課的學生們在寒假先復習普通物理中有關熱學的部份。
學而時習之不亦悅(說)乎。為了讓同學們在學習後能夠及時復習，增加學習效率，每2~3週設有1次小考。 |
◎本學科學習目標：
目的在於初步了解物質科學中重要的統計學觀念，與凝態物質的量子物理作對照，作為學習凝態物理以及電子物理/光電科技的重要基礎。 |
| ◎教學進度： |
| 週次 | 主題 | 教學內容 | 教學方法 |
01
22nd of Feb | Ch 1 energy in thermal physics
(第1章 熱物理中的能量) | 1.1 thermal equilibrium (熱平衡);
1.2 the ideal gas (理想氣體); microscopic model of an ideal gas (理想氣體的微觀模型);
1.3 equipartition of energy (能量均分);
1.4 heat & work (熱&功); | 講授。 |
02
29th of Feb | Ch 1 energy in thermal physics
(續前週) | 1.5 compression work (壓縮功);
1.6 heat capacities (熱容量); latent heat (潛熱); enthalpy (焓);
*optional (請自修) 1.7 rates of processes. | 講授。 |
03
7th of Mar | Ch 2 the 2nd law
(第2章 第二定律) | 2.1 two-state systems (二元系統);
2.2 the Einstein model of a solid (固體的ㄞㄣㄕㄊㄞㄣ模型);
2.3 interacting systems (交互作用系統);
2.4 large systems (大型系統); very large numbers (龐大數); Stirling's approximation (ㄙㄉㄜㄦㄌㄧㄥ近似); multiplicity of a large Einstein solid (龐大ㄞㄣㄕㄊㄞㄣ固體的多重度); sharpness of the multiplicity function (多重度函數的尖銳); | 講授。 |
04
14th of Mar | Ch 2 the 2nd law;
test of Ch 1
(續前週; 測驗第1章) | 2.5 the ideal gas (理想氣體); multiplicity of a monatomic ideal gas (單原子理想氣體的多重度); interacting ideal gas (交互作用的理想氣體);
2.6 entropy (熵); entropy of an ideal gas (理想氣體的熵); entropy of mixing (混合熵); reversible & irreversible processes (可逆&不可逆過程) | 講授、test。 |
05
21st of Mar | Ch 3 interactions & implications (第3章 交互作用) | 3.1 temperature (溫度);
3.2 entropy & heat (熵&熱); predicting heat capacities (熱容量的預測); measuring entropies (熵的測量); the macroscopic view of entropy (熵的巨觀觀點);
3.3 paramagnetism (順磁); notation & microscopic physics (記號與微觀物理); numerical solution (數值解); analytic solution (解析解); | 講授。 |
06
28th of Mar | practice (胸腔健康檢查) | 胸腔健康檢查, 時程未定, 改排定習題講解. | 講授、test。 |
07
4th of Apr | Tomb Sweeping Day
(掃墓節) | holiday
(放假1天) | holiday。 |
08
11th of Apr | Ch 3 interactions & implications;
test of Ch 2
(續前週) | 3.4 mechanical equilibrium & pressure (機械平衡&壓力); the thermodynamic identity (熱力學恆等式); entropy & heat revisited (熵&熱)
3.5 diffusive equilibrium & chemical potential (擴散平衡&化學位勢)
3.6 summary & a look ahead | 講授、test。 |
09
18th of Apr | Ch 5 free energy & chemical thermodynamics
(第5章 自由能與化學熱力學) | 5.1 free energy as available work (可作功的自由能); electrolysis, fuel cells & batteries (電解, 燃料電池, 電池);
5.2 free energy as a force toward equilibrium (自由能作為趨向平衡的動力); extensive & intensive quantities (外延量&內含量); Gibbs free energy & chemical potential (ㄍㄧㄅㄗ自由能&化學位勢);
*optional (請自修) 5.3~5.6 | 講授。 |
10
25th of Apr | Career Day of NCYU
(嘉大職涯日) | activity in the campus
(校內活動) | career day。 |
11
2nd of May | Ch 6 Boltzmann statistics;
test of Ch 3
(第6週 ㄅㄛㄌㄘㄇㄢ統計; 測驗第2章) | 6.1 the Boltzmann factor (ㄅㄛㄌㄘㄇㄢ因子); the partition function (配分函數); thermal excitation of atoms (原子的熱激發);
6.2 average values (平均值); paramagnetism (順磁性); rotation of diatomic molecules (雙原子分子的旋轉);
6.3 the equipartition theorem (能量均分原理); | 講授。 |
12
9th of May | Ch 6 Boltzmann statistics
(續前前週; 測驗第3章) | 6.4 the Maxwell speed distribution (ㄇㄚㄎㄙㄨㄝㄌ速率分佈);
6.5 partition functions & free energy (配分函數&自由能); | 講授、test。 |
13
16th of May | Ch 6 Boltzmann statistics;
(續前週);
Ch 7 quantum statistics
(第7章 量子統計);
test of Ch 5
(交第5章作業, 測驗第5章) | 6.6 partition functions for composite system (複合系統的配分函數);
6.7 ideal gas revisited (理想氣體); the partition function (配分函數); predictions (預測).
7.1 the Gibbs factor (ㄍㄧㄅㄗ因子); an example: carbon monoxide poisoning (一氧化炭中毒); | 講授。 |
14
23rd of May | graduation ceremony
(系畢業典禮) | graduation ceremony
(系畢業典禮) | graduation ceremony。 |
15
30th of May | Ch 7 quantum statistics
(續前週) | 7.2 bosons & fermions (ㄅㄛㄕㄨ粒子 & ㄈㄝㄦㄇㄧ粒子); the distribution functions (分佈函數);
7.3 degenerate Fermi gases (簡併Fermi氣體); zero temperature (0度); small nonzero temperatures (有限低溫); the density of states (量子態密度); the Sommerfeld expansion (ㄗㄛㄇㄜㄦㄈㄝㄌㄊ展開); | 講授。 |
16
6th of Jun | Ch 7 quantum statistics
(續前週) | 7.4 blackbody radiation (黑體輻射); the ultraviolet catastrophe (紫外災難); the Planck distribution (ㄆㄌㄤㄎ分佈); photons (光子); summing over modes (將模累加); the Planck spectrum (ㄆㄌㄤㄎ光譜); total energy (總能量); entropy of a photon gas (光子氣體的熵); the cosmic background radiation (宇宙背景輻射); photons escaping through a hole (由小孔逸出的光子); radiation from other objects (其他物體的輻射); the Sun and the Earth (太陽與地球); | 講授。 |
17
13th of Jun | Ch 7 quantum statistics;
test of Ch 6
(續前週; 交第6章作業, 測驗第6章) | 7.5 Debye theory of solids (ㄉㄝㄅㄞ的固體理論);
7.6 Bose-Einstein condensation (ㄅㄛㄕㄨ - ㄞㄣㄕㄊㄞㄣ凝縮); real-world examples (真實的例子). | 講授、test。 |
18
20th of Jun | test of Ch 7
(交第7章作業, 測驗第7章) | test of Ch7
(there is no final examination)
(沒有期末測驗) | test。 |
◎課程要求：
1. 參加7次測驗. 補考請提示正式假單.
2. 繳交紙本作業 (a) 愛麗思夢遊量子仙境: 費米玻色學院. 試找出電子與光子的所有不同處.
3. 沒有期末考. |
◎成績考核
小考80%
書面報告20%
補充說明：勘誤表http://physics.weber.edu/thermal/errors.html
其它參考資訊http://physics.weber.edu/thermal/ |
◎參考書目與學習資源
1. F. Reif:《Fundamentals of Statistical Thermal Physics》，
(在Amazon有電子掃描檔可以下載，另有中譯本，徐氏基金會出版，黃振麟譯，
《統計熱物理學之基礎》(上下2冊)，這本書也很古老了，可以試著去買二手書.)
2. Ashley H. Carter:《Classical and Statistical Thermodynamics》，
(目前流行的1本入門書， 是由巨觀的物理量開始討論的， 內容的排列順序與一般的
熱物理學類似， 但上課時不討論， 有興趣的同學可自行參考， 或向歐亞書局訂購.
歐亞書局南區業務部06-2698528， 商管事業部傳真06-2690798， 總公司02-89121188，
傳真02-89121166)
3. K. F. Riley: 《Mathematical Methods for Physics and Engineering》
(相關的數學可參考該書. 這本書對數學的介紹要比Kreyszig等一般工程數學全面而且
完整，並非侷限在線性代數及微分方程，並且也有適當的例題及習題. 上課時會介紹
其中probability，statistics的部份.)
4. Universal Publishing: Manga de Wakaru Netsurikigaku (マンガでわかる熱力学)
(看漫畫學熱力學，中譯: 《世界第一簡單熱力學》，世茂書局，
http://www.amazon.co.jp/%E3%83%9E%E3%83%B3%E3%82%AC%E3%81%A7%E3%82%8F%E3%81%8B%E3%82%8B%E7%86%B1%E5%8A%9B%E5%AD%A6-%E5%8E%9F%E7%94%B0-%E7%9F%A5%E5%BA%83/dp/4274066886#_
) |