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Statistische Physik 2
Advanced Statistical Physics

Modul PH2260

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Basisdaten

PH2260 ist ein Semestermodul in Deutsch oder Englisch auf das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Biophysik
  • Spezialisierung im Elitemasterstudiengang Theoretische und Mathematische Physik (TMP)

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
300 h 90 h 10 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2260 ist Ulrich Gerland.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

  • Phasenübergäge und Kritische Phänomene
  • Landau-Ginzburg Theorie
  • Renormierungsgruppe (Grundlagen)
  • Irreversible Prozesse und Nichtgleichgewichts-Phänomene
  • Musterbildungs-Prozesse

Lernergebnisse

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul sind die Studierenden in der Lage:

  1. Das Konzept der kritischen Phänomene zu erklären und mit Hilfe von kritischen Exponenten zu analysieren
  2. Nutzen und Methodik des Renormierungsgruppenansatzes zu verstehen
  3. Gegebene Systeme mit Hilfe des Renormierungsgruppenansatzes zu analysieren
  4. Die Ginzburg-Landau Theorie zu erklären und die Renormierungsgruppentheorie auf diese anzuwenden
  5. Verschiedene Ansätze der Nichtgleichgewichtsphysik zu erläutern und zu vergleichen
  6. Die Grundlagen von Musterbildungsprozessen zu verstehen

Voraussetzungen

Grundkenntnisse in Statistischer Physik auf Bachelorstandard (PH0008) sind erforderlich.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 4 Statistische Physik 2 Gerland, U. Di, 14:00–16:00, PH 3344
Do, 14:00–16:00, PH 3344
UE 2 Übung zu Statistische Physik 2 Kremser, S.
Leitung/Koordination: Gerland, U.
Termine in Gruppen

Lern- und Lehrmethoden

In der thematisch strukturierten Vorlesung werden die theoretischen Inhalte präsentiert und diskutiert. Die relevanten experimentellen Ergebnisse zu Phasenübergängen, Nichtgleichgewichtsphänomenen und Musterbildungsprozessen werden vorgestellt und die darauf aufbauenden theoretischen Modelle im Tafelvortrag gemeinsam entwickelt. Lösungs- und Approximationsmöglichkeiten wie die Ansätze der Renormierungsgruppentheorie für Phasenübergänge werden vorgestellt und diskutiert. Dabei wird Wert auf eine dialogische Strukturierung der Veranstaltung gelegt um das analytisch physikalische Denkvermögen der Studierenden zu fördern und zum kritischen Hinterfragen der gewählten Ansätze zu ermutigen.

Mit den Übungsblättern wird den Studierenden die Möglichkeit gegeben die vorgestellten Lösungsmethoden auf konkrete Problembeispiele anzuwenden und die Ergebnisse zu analysieren. Dabei werden analytische Rechenaufgaben, einfache numerische Simulationen und konzeptionelle Fragen mit Antworten in Fließtextform als Aufgabenform gewählt. Es erfolgt eine Korrektur der Lösungsvorschläge der Studierenden um diesen eine Rückmeldung zu ihren Modellierungs- und Lösungskompetenz zu gewähren sowie um Fehlkonzeptionen möglichst früh zu erkennen und zu korrigieren.

In den Übungen (Tutorgruppen) werden die Lösungen der Aufgaben der Übungsblätter besprochen sowie gängige Fehler diskutiert. Des Weiteren werden einzelne Aspekte der Vorlesung vertieft diskutiert sowie die relevanten Aspekte in regelmäßigen Abständen gemeinsam mit den Studierenden wiederholt. Fragen der Studierenden zum Thema wird ein großer Raum gegeben.

Medienformen

Tafelarbeit, PowerPoint, Übungsblätter

Literatur

Michel LeBellac, Fabrice Mortessagne,  G. George Batrouni: Equilibrium and Non-Equilibrium Statistical Thermodynamics (Cambridge University Press)
Mehran Kardar: Statistical Physics of Particles (Cambridge University Press)
Mehran Kardar: Statistical Physics of Fields (Cambridge University Press)
Sybren Ruurds de Groot, Peter Mazur: Non-Equilibrium Thermodynamics (Dover Books on Physics)

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von etwa 30 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen und Beispielrechnungen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Analysieren Sie die Ginzburg-Landau Theorie mithilfe des Renormierungsgruppenansatzes.
  • Erklären Sie des Konzepts eines kritischen Exponenten.

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

Auf die Note einer bestandenen Modulprüfung in der Prüfungsperiode direkt im Anschluss an die Vorlesung (nicht auf die Wiederholungsprüfung) wird ein Bonus (eine Zwischennotenstufe "0,3" besser) gewährt (4,3 wird nicht auf 4,0 aufgewertet), wenn die/der Studierende die Mid-Term-Leistung bestanden hat, diese besteht aus der sinnvollen Bearbeitung von mindestens 70% der Hausaufgaben. Eine Frage gilt als sinnvoll versucht, wenn die eingereichte Hausaufgabe zeigt, dass ein erheblicher Aufwand betrieben wurde die Aufgabe mithilfe der in der Vorlesung präsentierten Theorie zu lösen. Die zurückgegebenen Hausaufgaben sind aufzubewaren und auf Verlangen vorzuzeigen.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

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