Ludwigsburg 1999 – wissenschaftliches Programm

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DD: Didaktik der Physik

DD 1: Computer

DD 1.6: Vortrag

Montag, 8. März 1999, 16:00–16:20, L 239

ThermiLab: Experimentelle statistische Physik mit dem Gibbs’ schen Ensemble — •O. Frisius — Abteilung für Didaktik der Physik, Universität, 76128 Karlsruhe

Die statistische Physik wird meist als Theorie zur Beschreibung von Systemen mit sehr vielen Teilchen eingesetzt. Das Gibbs’sche Ensemble ist dabei nur eine Möglichkeit, die analytischen Rechnungen mit einer anschaulichen Stütze zu versehen.

Durch Einsatz von Computerexperimenten wird das Funktionieren der statistischen Physik auf eine neue Art verständlich gemacht. Der Experimentator kann durch Manipulation und Präparation des Gibbs’schen Ensembles die Thermodynamik einfacher Systeme elementar veranschaulichen. Dadurch lassen sich sehr eingängig vor allem Systeme mit nur wenigen oder einem Teilchen einfachen thermodynamischen Untersuchungen unterziehen.

ThermiLab ist ein interaktives Computer-Programm, das das leistet. Der Umgang mit ThermiLab hilft dabei,

• die Methode der statistischen Physik zu verstehen;
• sich eine Anschauung von den drei Größen Entropie S, Temperatur T und chemisches Potential µ zu bilden.

Es zeigt insbesondere, wie die Größen S, T und µ mit der statistischen Verteilung von Energie und Teilchenzahl über die verschiedenen Zustände des Systems zusammenhängen. Die Werte der Temperatur werden nicht, wie sonst üblich, durch Mittelwertbildung über die Energie berechnet, sondern - ebenso wie auch das chemische Potential - durch Anpassung an Boltzmann-, Fermi-Dirac- oder Boseverteilung.

http://www-tfp.physik.uni-karlsruhe.de/∼didaktik/software/