Kursplan för Icke-jämviktsprocesser i fysik, kemi och biologi

Kursplanen innehåller ändringar
Se ändringar

Kursplan fastställd 2021-02-26 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnNon-equilibrium processes in physics, chemistry and biology
  • KurskodTIF106
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPCAS
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeBioteknik, Kemiteknik, Teknisk fysik
  • InstitutionFYSIK
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 11118
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0111 Tentamen 7,5 hp
Betygsskala: TH		0 hp0 hp0 hp7,5 hp0 hp0 hp
  • 31 Maj 2022 em J
  • 08 Okt 2021 fm J
  • 22 Aug 2022 fm J

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Behörighet

Grundläggande behörighet för avancerad nivå
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Särskild behörighet

Engelska 6
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Kursspecifika förkunskaper

Matematisk analys och algebra. Grundläggande termodynamik och statistisk fysik. Klassisk mekanik samt kvantmekanik

Syfte

De allra flesta fysikaliska, kemiska och biologiska processer sker när systemen inte är i termodynamisk jämvikt. Hur beskriver man mångpartikelsystem som drivs ur jämvikt, samt dess utveckling mot jämvikt genom växelverkan med sin omgivning? Till skillnad från den universella termodynamiken är beskrivningen av ickejämviktsfenomen systemspecifik. Syftet med kursen är att introducera grundläggande begrepp inom kinematisk teori och stokastiska processer, samt att praktiskt studera ickejämviktstillstånd. Vi diskuterar uppkomsten av irreversibilitet, hierarkier av relaxationprocesser, transportfenomen och brus samt Brownsk rörelse. Kursen innehåller ett antal exempel från fasta tillståndets fysik, kemisk reaktionskinetik samt mjuka material som t ex kolloida dispersioner, polymerer, geler, glas och biologiska system.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

Efter kursen skall studenten ha fått en allmän förståelse för stokastiska processer och hur dessa används för att beskriva tidsutvecklingen för ett antal olika system i naturen. Mer specifikt skall studenten kunna:
* redogöra för grundläggande begrepp inom kinematisk teori för klassiska och kvantmekaniska mångpartikelsystem
* redogöra för uppkomsten av irreversibel tidsutveckling hos fysikaliska, kemiska och biologiska system, samt relevanta hierarkier av relaxationsprocesser.
* praktiskt lösa transportproblem, analysera dissipativa och fluktuerande fenomen, samt modellera effekter av omgivningen.

Innehåll

Följande ämnen behandlas i kursen:

Statistiska modeller av dissipativa makroskopiska system och uppkomsten av irreversibilitet,
Stokastiska processer och grundläggande distributioner.
Boltzmanns ekvation och transportteori.
Langevinekvationer samt Brownsk rörelse.
Fluktuationer och brus.
Applikationer inom fysik, kemi och biologi.

Första halvan av kursen behandlar grundläggande begrepp inom statistisk fysik för icke-jämviktssystem samt metoder för att beskriva dissipativa processer och transport i mångpartikelsystem. Med utgångspunkt i en enkel slumpvandring introduceras grundläggande begrepp inom sannolikhetslära och stokastiska processer. Mer komplexa system beskrivs med Boltzmanns ekvation och genom Markovprocesser. Dessa leder till masterekvationer, Fokker-Planck-ekvationer, samt ekvationer på Langevinekvationer. Studenten väljer sedan en av två inriktingar för den andra halvan av kursen: 1. Kvantmekaniska mångpartikelsystem. Här behandlas exempel från fasta tillståndets fysik, kvantelektronik och kvantoptik. Vi studerar metoder för att statistiskt beskriva tillståndet och dess tidsutveckling i kvantmekaniska icke-jämviktssystem, linjär respons, kvantmekaniskt brus, relationen mellan fluktuation och dissipation, en kvantmekanisk partikel i kontakt med en omgivning. 2. Transport i mjuka material och biologiska system. Vi studerar exempel från komplexa system. Vi studerar metoder för att beskriva transportprocesser i system som polymerer, kolloider och mjuka material. Beskrivningar av kemiska reaktioner och Brownska motorer. Tillämpningar inom fysik, kemi och biologi.

Organisation

Kursen baseras på föreläsningar och övningar. Den andra halvan av kursen kan organiseras i form av projektarbete.

Litteratur

nnehållet i kursen täcks av föreläsningsanteckningarna. Material för vidare studier specificeras på kurshemsidan.

Examination inklusive obligatoriska moment

Skriftlig tentamen samt hemuppgifter.

Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.

Kursplanen innehåller ändringar

  • Ändring gjord på tentamen:
    • 2021-09-21: Plussning Ändrat till plussning av GRULG
      Beslut GRULG, plussning tillåten