DADES IDENTIFICATIVES 2023_24
Assignatura (*) MECÀNICA ESTADÍSTICA Codi 17274116
Ensenyament
Grau en Enginyeria Matemàtica i Física (2021)
Cicle 1r
Descriptors Crèd. Tipus Curs Període
6 Obligatòria Tercer 1Q
Llengua d'impartició
Català
Departament Enginyeria Informàtica i Matemàtiques
Enginyeria Química
Coordinador/a
SALES PARDO, MARTA
ARENAS MORENO, ALEJANDRO
Adreça electrònica alexandre.arenas@urv.cat
marta.sales@urv.cat
Professors/es
ARENAS MORENO, ALEJANDRO
SALES PARDO, MARTA
Web
Descripció general i informació rellevant <p>This course provides a comprehensive exploration into Statistical Mechanics and Complex Systems, starting with a primer on the fundamentals of statistical mechanics and its applications in understanding complex systems. It provides an in-depth refresher on probability theory, pivotal to statistical mechanics. The course advances to a study of different types of ensembles (Microcanonical, Canonical, and Grand Canonical) and delves into the key concepts of entropy and thermodynamics. The course concludes with an analysis of the Ising model and related systems, illustrating their application and impact in the field. Throughout the course, students will be assessed in a personalized manner, considering individual learning styles, with regular feedback provided to support improvement and understanding. </p>

Competències
Tipus A Codi Competències Específiques
 CE1 Integrar els fonaments de les àrees més importants de la matemàtica, la física i l'enginyeria.
 CE2 Establir connexions entre conceptes, eines i problemes relacionats de les matemàtiques, la física i l'enginyeria.
 CE4 Interpretar les bases i estar en condicions d'aprofundir en alguns temes avançats de matemàtiques i de física d'interès pràctic industrial i per a l'enginyeria.
 CE6 Formular hipòtesis sobre problemes de l'enginyeria i analitzar aquests problemes críticament utilitzant el mètode científic.
Tipus B Codi Competències Transversals
 CT1 Utilitzar informació en llengua estrangera d'una manera eficaç.
 CT3 Resoldre problemes de forma crítica, creativa i innovadora en el seu àmbit d'estudi.
 CT5 Comunicar informació de forma clara i precisa a audiències diverses.
 CT6 Identificar el procés d'aprenentatge i l'orientació acadèmica i professional.
Tipus C Codi Competències Nuclears

Resultats d'aprenentage
Tipus A Codi Resultats d'aprenentatge
 CE1 Coneix les col·lectivitats microcanónica, canònica i gran canònica
És capaç de distingir entre les diferents col·lectivitats i identificar la col·lectivitat corresponent en problemes senzills
És capaç de calcular la funció de partició analíticament per problemes senzills
És capaç d'obtenir el comportament macroscòpic (termodinàmic) a partir de la descripció microscòpica d'un sistema
Coneix el model d'Ising i entén els diferents tipus de solució de el model
És capaç d'aplicar l'aproximació de camp mig
Coneix les propietats físiques dels sòlids i la seva anisotropia
 CE2 És capaç de calcular la funció de partició analíticament per problemes senzills
És capaç d'obtenir el comportament macroscòpic (termodinàmic) a partir de la descripció microscòpica d'un sistema
 CE4 Coneix el model d'Ising i entén els diferents tipus de solució de el model
És capaç d'aplicar l'aproximació de camp mig
 CE6 Exercita el càlcul d'estadística de portadors en materials semiconductors
Comprèn la física de les unions PN i Schottky i el seu interès en l'enginyeria electrònica
Coneix la física dels dispositius d'efecte camp amb especial èmfasi en els MOSFET i entén la importància pràctica d'aquests dispositius
Analitza els diagrames de bandes de les heterojuncions
Tipus B Codi Resultats d'aprenentatge
 CT1 Utilitza informació en llengua estrangera d'una manera clara i eficaç
 CT3 Identifica la situació plantejada com un problema en l'àmbit de la disciplina i té la motivació per afrontar
Segueix un mètode sistemàtic per dividir el problema en parts, identifica les causes i aplica els coneixements propis de la disciplina
Dissenya una solució nova utilitzant els recursos necessaris per afrontar el problema
Inclou els aspectes concrets de la solució proposada en un model realista
Reflexiona sobre el model proposat i és capaç de trobar limitacions i proposar millores
 CT5 Produeix un text de qualitat, sense errors gramaticals i ortogràfics, amb una presentació formal acurada i un ús adequat i coherent de les convencions formals i bibliogràfiques
Construeix un text estructurat, clar, cohesionat, ric i d'extensió adequada
Elabora un text adequat a la situació comunicativa, consistent i persuasiu
Usa els mecanismes de comunicació no verbal i els recursos expressius de la veu necessaris per fer una bona intervenció oral
Construeix un discurs estructurat, clar, cohesionat, ric i d'extensió adequada
Produeix un discurs adequat a la situació comunicativa, consistent i persuasiu, i interactua de manera efectiva amb l'auditori
 CT6 Aprofundeix en l'autoconeixement acadèmic, laboral o professional
Tipus C Codi Resultats d'aprenentatge

Continguts
Tema Subtema
Introduction to Statistical Mechanics and Complex Systems Overview of Statistical Mechanics: Understand the microscopic behavior of systems from the perspective of quantum mechanics and how it informs macroscopic behavior.

The Role of Statistics: Explore how statistics play a role in predicting outcomes in a system and identifying underlying patterns.

Complex Systems in Stat Mech: Study the ways complex systems can be understood using the principles of statistical mechanics, focusing on the statistical properties of systems comprised of a large number of particles.
Update on Probability Theory
Basics Refreshed: Revision of basic concepts in probability theory relevant to statistical mechanics, such as events, outcomes, and probabilities.

Bayesian Approach: Explore the Bayesian approach to probability, discussing concepts like prior probability, likelihood, and posterior probability.

Probability Distributions: Understanding the importance and application of various probability distributions like Binomial, Poisson, Normal distributions in statistical mechanics.
Ensembles Microcanonical Ensembles: Examine systems with constant energy, volume, and number of particles and explore the concept of equiprobability.

Canonical Ensembles: Study systems with constant temperature, volume, and number of particles and delve into the Boltzmann distribution.

Grand Canonical Ensembles: Explore systems with variable particle numbers and understand the concept of chemical potential.
Entropy and Thermodynamics econd Law of Thermodynamics: Understand entropy's role as a measure of disorder and its relation to the second law of thermodynamics.

Statistical Definition of Entropy: Analyze the statistical definition of entropy, including the Boltzmann, Gibbs, and Shannon entropy.

Thermodynamic Potentials: Study the different thermodynamic potentials, their definitions, and their uses in various types of ensembles.
Ising Model and Related Systems Ising Model Introduction: Introduce the Ising model as a simple model of a magnet and its applications in various fields.

Phase Transitions and Critical Phenomena: Discuss phase transitions in the context of the Ising model, focusing on the concepts of critical temperature, critical exponents, and universality.

Beyond the Ising Model: Explore more complex systems and models related to the Ising model, such as the Potts model and the XY model.

Planificació
Metodologies  ::  Proves
  Competències (*) Hores a classe
Hores fora de classe
(**) Hores totals
Activitats Introductòries
2 0 2
Sessió Magistral
CE1
CE4
CE6
30 60 90
Resolució de problemes, exercicis a l'aula ordinària
CE1
CE4
CE6
CT3
CT5
20 30 50
Atenció personalitzada
0.5 0 0.5
 
Proves mixtes
CE1
CE2
CT3
2 4 6
Proves orals
CT5
2 0 2
 
(*) En el cas de docència no presencial, són les hores de treball amb suport vitual del professor.
(**) Les dades que apareixen a la taula de planificació són de caràcter orientatiu, considerant l’heterogeneïtat de l’alumnat

Metodologies
Metodologies
  Descripció
Activitats Introductòries Introduction to the course scope.
Sessió Magistral Development of concepts and tools.
Resolució de problemes, exercicis a l'aula ordinària Practical hands-on on problems in Statistical Mechanics and Complex systems.
Atenció personalitzada Guidance of the students in their development.

Atenció personalitzada
Descripció

This course incorporates personalized assessment to support individual learning needs and foster deeper comprehension. Assessments are designed to align with each student's unique learning style, integrating various methods including written tests, oral presentations, project-based tasks, and digital interactive activities. Regular feedback is provided to guide improvement and further study. Additionally, optional one-on-one consultation sessions are available to address specific queries and concerns, ensuring students have a robust understanding of the material.


Avaluació
Metodologies Competències Descripció Pes        
Proves orals
CT5
Short presentations on particular topics of stat mech. 10%
Proves mixtes
CE1
CE2
CT3
Exams about the contents and problem solving.
90%
Altres  
 
Altres comentaris i segona convocatòria

Fonts d'informació

Bàsica

Entropy, Order Parameters, and Complexity; by James P. Sethna. CLARENDON PRESS . OXFORD 2022

Complementària

Recomanacions


Assignatures que es recomana haver cursat prèviament
ANÀLISI MATEMÀTICA I/17274002
ANÀLISI MATEMÀTICA II/17274005
COMBINATÒRIA I PROBABILITAT/17274102
ESTADÍSTICA/17274107
ALGORÍTMICA/17274201
(*)La Guia docent és el document on es visualitza la proposta acadèmica de la URV. Aquest document és públic i no es pot modificar, llevat de casos excepcionals revisats per l'òrgan competent/ o degudament revisats d'acord amb la normativa vigent