## 26925 - Statistical Physics

### Syllabus Information

2023/24
Subject:
26925 - Statistical Physics
Faculty / School:
Degree:
447 - Degree in Physics
ECTS:
6.0
Year:
3
Semester:
Second semester
Subject type:
Compulsory
Module:
---

### 1. General information

The general objective of the subject is to provide the student with the basic knowledge that will allow them to understand and study, from a microscopic point of view, the phenomena associated with the macroscopic character of a physical system. Two basic preliminary concepts are the microstate and the microstate, and the relationship between them is established by the mathematical notions of measurement (probability) and the information associated with it.

These approaches and objectives are aligned with the following Sustainable Development Goals (SDGs) of the United Nations Agenda 2030 (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), in such a way that the acquisition of the learning results of the subject provides training and competence to contribute to some extent to their achievement: Goal 4: Quality Education.

### 2. Learning results

• Obtaining the "thermodynamic fundamental relation" of various physical systems with discrete and continuous energy levels (spectra) in the various generalized canonical formalisms.

• Calculation of partition functions of factorizable systems.

• Calculation of the classical Maxwell-Boltzmann probability distribution for ideal gases.

• Obtaining quantum ideal fluid properties of fermions and bosons.

• Interpretation of the results of a phase transition (order-disorder) simulation.

### 3. Syllabus

• Macroscopic Physics and Microscopic Physics

• Formalisms of Statistical Mechanics.

• Application of formalisms to factorizable model systems.

• Open systems and grand canonical formalism.

• Ideal quantum fluids. Bose-Einstein and Fermi-Dirac statistics.

• Non-factorizable systems. The Ising model.

• Introduction to critical phenomena.

Programmed educational activities 2.4 ECTS (60 hours) distributed as follows:

• Participative master classes (34 hours).

• Group problem solving classes (20 hours).

• Simulation practices (6 hours).

• Study and work by the student 3.44 ECTS (86 hours).

• Evaluation 0.16 ECTS (4 hours).

### 5. Assessment system

The student must demonstrate that they has achieved the expected learning results by means of the following evaluation activities.

Individual resolution of a problem, and its oral presentation (20% of the final grade).

Passing the subject by means of a single global test.

Completion of a theoretical-practical test at the end of the term on all the contents of the syllabus, including those corresponding to the simulation practices (if these have not been previously evaluated). This test will consist of two parts:

Part A: compulsory for all students (80% of the final grade)

Part B: one additional problem (20% of the final grade). Students who have passed activity 1 are exempted from taking this part of the final exam.

### Información del Plan Docente

2023/24
Asignatura:
Titulación:
Créditos:
6.0
Curso:
3
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
---

### 1. Información básica de la asignatura

El objetivo general de la asignatura consiste en proporcionar al alumno los conocimientos básicos que le permitan comprender y estudiar, desde un punto de vista microscópico, los fenómenos asociados al carácter macroscópico de un sistema físico. Dos conceptos preliminares básicos son el de macroestado y el de microestado, y la relación entre ambos se establece mediante las nociones matemáticas de medida (probabilidad) y de información asociada a la misma.

Estos planteamientos y objetivos están alineados con los siguientes Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de Naciones Unidas (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia para contribuir en cierta medida a su logro: Objetivo 4: Educación de calidad.

• Obtención de la "relación fundamental termodinámica" de diversos sistemas físicos con niveles (espectro) de energía discretos y continuos en los diversos formalismos canónicos generalizados.
• Cálculo de las funciones de partición de sistemas factorizables.
• Cálculo de la distribución de probabilidad clásica de Maxwell-Boltzmann para gases ideales.
• Obtención de las propiedades de fluidos ideales cuánticos de fermiones y bosones.
• Interpretación de los resultados de una simulación de la transición de fase (orden-desorden).

### 3. Programa de la asignatura

• Física Macroscópica y Física Microscópica
• Formalismos de la Mecánica Estadística.
• Aplicación de los formalismos a sistemas modelo factorizables.
• Sistemas abiertos y formalismo gran canónico.
• Fluidos cuánticos ideales. Estadísticas de Bose-Einstein y de Fermi-Dirac.
• Sistemas no factorizables. El modelo de Ising.
• Introducción a los fenómenos críticos.

Actividades educativas programadas 2.4 ECTS (60 horas) distribuidos de la siguiente forma:

• Clases magistrales participativas (34 horas).
• Clases de resolución de problemas en grupo (20 horas).
• Prácticas de simulación (6 horas).
• Estudio y trabajo por parte del alumno 3.44 ECTS (86 horas).
• Evaluación 0.16 ECTS (4 horas).

### 5. Sistema de evaluación

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluación

Resolución individual de un problema, y su presentación oral (20% de la nota final).

Superación de la asignatura mediante una prueba global única

Realización de una prueba teórico-práctica al final del curso sobre todos los contenidos de la asignatura, incluidos los correspondientes a las prácticas de simulación (caso de no haber sido evaluadas éstas con anterioridad). Esta prueba constará de dos partes:

Parte A: obligatoria para todos los alumnos (80% de la nota final)

Parte B: un problema adicional (20% de la nota final). Los alumno que hayan superado la actividad 1, están eximidos de realizar esta parte de la prueba final.