Kies de Nederlandse taal
Course module: 3FFX0
Statistical physics
Course info
Course module3FFX0
Credits (ECTS)5
Category3 (Advanced)
Course typeBachelor College
Language of instructionDutch
Offered byTechnische Universiteit Eindhoven; Applied Physics; Technische Natuurkunde;
Is part of
Applied Physics
Applied Physics
Coherent package - Advanced classical physics
Contact H.P. Huinink
Subject matter expert H.P. Huinink
Other course modules lecturer
Responsible lecturer H.P. Huinink
Feedback and reachability
Other course modules lecturer
dr. A. Lyulin
Other course modules lecturer
Academic year2016
1  (05/09/2016 to 13/11/2016)
Starting block
TimeslotA: A - Mo 1-4, We 9-10, Th 5-8
Course mode
RemarksMandatory course for Master Applied Physics specialisation Research.
Registration openfrom 15/06/2016 up to and including 28/08/2016
Application procedureYou apply via OSIRIS Student
Registration using OSIRISYes
Registration open for students from other department(s)Yes
Waiting listNo
Number of insufficient tests-
Number of groups of preference0
Learning objectives
  1. Understanding the statistical (microscopic) base of thermodynamics
  2. Understanding and applying the ensemble theory
  3. Understanding quantum statistics and formulating models for many particle systems.
  4. Describing phase transitions with statistical models
  5. Understanding the microscopic (statistical) background of transport coefficients
    A. Introduction and refreshing prior knowledge

  • Elementary statistics

  • State, conjugated variables, extensive and intensive variables

  • Work, heat, energy, 1st Law

  • State properties

  • Entropy, 2nd and 3rd Law

  • Maxwell relations

  • Boundary conditions, thermodynamic potentials

  • Legendre transformations

  • Stability criteria, equilibrium conditions

    1. B. Ensemble theory

  • State

  • Phase space, trajectory and ensemble

  • Ergodicity and statistical postulate

  • Micro-canonical ensemble

  • Canonical ensemble

  • Grand-canonical ensemble

    1. C. Ideal systems and quantum statistics

  • Gibbs paradox, indistinguishability

  • Fermi-Dirac, Bose-Einstein and classical limit

  • Maxwell-Boltzmann distribution

    1. D. Non-ideal systems and phase transtions

  • Ising model, lattice gas

  • Mean field approximation

  • Phase transitions, binodal, spinodal

  • Influence of dimensionality

  • Critical phenomena

    1. E. Non-equilibrium phenomena

  • Onsager's regression hypothesis

  • Fluctuation dissipation theorem

  • Green-Kubo relations for transport coefficients
  • Entrance requirements
    Entrance requirements tests
    Assumed previous knowledge
    Previous knowledge can be gained by
    Resources for self study
    Short promotional description of the course
    In de ingenieurspraktijk kunnen vaak eenvoudig fysische wetten worden gebruikt om het gedrag van materie te beschrijven. Voorbeelden zijn de ideale gaswet en voor diffusie de wet van Fick. Verbazingwekkend omdat het aantal vrijheidsgraden van materie vanuit microscopisch gezichtspunt enorm is (~10^23). De statische fysica verklaart hoe het gedrag van atomen en moleculen zich vertaalt in macroscopische verschijnselen. Deeltjes-gebaseerde theorieën worden gekoppeld aan macroscopische grootheden.
    Short promotional description of the course
    In the engineering practice often very simple physical laws can be used to describe the behavior of matter. Typical examples are the ideal gas law and Fick's law for diffusive fluxes. Amazing since the number of degrees of freedom of matter from a microscopic viewpoint is huge (~10^23). Statistical physics explains how the behavior of atoms and molecules translates into macroscopic phenomena.Tools are learnt to couple particle based theories with macroscopic observables.
    Bachelor College or Graduate School
    Bachelor College
    Additional previous knowledge
    Kennis van de thermodynamica en haar toepassing op deeltjessystemen, zoals aangeboden in het vak Thermische fysica (3BTX0) of een vak met vergelijkbare inhoud. Het verband tussen geconjugeerde thermodynamische variabelen en thermodynamische potentialen kennen De nulde, eerste, tweede en derde hoofdwet van de thermodynamica kennen De thermodynamische definitie van temperatuur kennen Legendre-transformaties van thermodynamische potentialen kunnen uitvoeren Thermodynamische evenwichts- en stabiliteitscriteria kennen en kunnen toepassen Het kunnen vaststellen welke thermodynamische potentiaal onder welke randvoorwaarden van toepassing is Het kunnen uitrekenen van thermodynamische grootheden uit de relevante thermodynamische potentiaal Het afleiden en toespassen van Maxwell-relaties en Gibbs-Duhem vergelijkingen Het toepassen van thermodynamische principes op fase-evenwichten Kennis van de quantummechanica zoals aangeboden in het vak Inleiding quantumfysica (3BQX0) of een vak met vergelijkbare inhoud. Kennis van de Hamiltonse vergelijkingen Kennis van Schrödinger-vergelijking Kennis van klassieke en quantummechanische Hamiltoniaan Betekenis golffuncties Klassieke en quantum-harmonische oscilator Oplossen Schrödinger-vergelijking van deeltje in een D-dimensionale doos Veronderstelde wiskundige vaardigheden Het kunnen uitvoeren van partiële integraties van functies Het kunnen uitvoeren van partiële differentiaties van functies Kettingregel uitvoeren op functies van functies Het uitvoeren van de Taylor-ontwikkeling Het toepassen van de meetkundige somreeks De manipulatie van meervoudige somreeksen Het kunnen gebruikmaken van de eigenschappen van exacte differentialen De Laplace-transformatie De Fourier-transformatie De manipulatie van trigonometrische en hyperbolische functies Het toepassen van de Kronecker delta Het toepassen van de delta-functie van Dirac Het uitvoeren en manipuleren van (meervoudige) Gaussische integralen Het uitvoeren van coördinatentransformaties in meervoudige integralen Het toepassen van de de vierkants-wortelvergelijking Oplossen van eenvoudige differentiaalvergelijkingen Scheiding van variabelen
    Additional previous knowledge
    Knowledge of thermodynamics and its application on particles systems as taught in the course Thermal physics (3BTX0) or a course with similar content. The relation between conjugated thermodynamic variables and thermodynamic potentials. The zeroth, first, second and third law of thermodynamics The thermodynamic definition of temperature How to do Legendre transformations on thermodynamic potentials Knowing and applying the thermodynamic equilibrium and stability criteria How to determine which thermodynamic potential applies under which preconditions How to calculate thermodynamic quantities form the relevant thermodynamic potentials How to deduce and apply the Maxwell relations and Gibbs-Duhem equations How to apply thermodynamic principles on phase equilibria Knowledge of quantum mechanics as taught in the course Introduction to quantum physics (3BQX0) or a course with similar content. Hamiltonian equations Schrödinger equation Classical and quantum mechanical Hamiltonian The meaning of wave functions Classical and quantum harmonic oscillator How to solve the Schrödinger equation of a particle in a D-dimensional box Assumed mathematical skills Executing partial integrations of functions Executing partial differentiations of functions Applying the chain rule to functions of functions Executing Taylor expansion Applying geometric series Manipulating multiple geometric series Using the properties of exact differentials Laplace transformation Fourier transformation Manipulation of trigonometric and hyperbolic functions Applying the Kronecker delta Applying the Dirac delta function Executing and manipulating (multiple) Gaussian integrals Executing coordinate transformations in multiple integrals Applying the square root equation Solving simple differential equations Separation of variables
    Secretariaat TPM, Telf: 4248, Kamer: Cascade 0.1.05, Email:
    Secr. TPM, Phone: 4248, Room: Cascade 0.1.05, Email:
    Required materials
    Recommended materials
    Introduction to Modern Statistical Mechanics, David Chandler
    Instructional modes (attendance)
    College / course

    7 weeks, 2 blocks of 2 hours lectures


    7 weeks, 2 blocks of 2 hours instruction

    Test weight70
    Minimum grade5
    Test typeWritten
    Number of opportunities2
    OpportunitiesBlock 1, Block 2
    Test duration in minutes-


    Statistical physics

    Interim examination
    Test weight30
    Minimum grade-
    Test typeInterim examination
    Number of opportunities2
    OpportunitiesBlock 1, Block 2
    Test duration in minutes-


    Statistical physics

    Kies de Nederlandse taal