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TU Berlin

Inhalt des Dokuments

Theoretische Physik VI (Vertiefung) : "Statistische Physik des Nichtgleichgewichts"

Lehrveranstaltung 3233 L 150 im Sommersemester 2018

Vorlesung:
Prof. Dr. Harald Engel

Übung:
Dr. Jan Totz

Wahlpflichtveranstaltung oder Vertiefungsfach Nr. 3233 L 150 für Physik-Master-Studierende und Studierende anderer naturwissenschaftlicher Studiengänge.

Die Lehrveranstaltung mit 4 SWS Vorlesung und 2 SWS Übung entspricht 11 ECTS-Punkten.

Sie kann zu einem Wahlpflichtfach (8 SWS, 12 ECTS-Punkte) erweitert werden, indem sie mit einer Spezialvorlesung der Theoretischen Physik oder nach Absprache mit dem Dozenten mit einem Seminar am Institut für Theoretische Physik kombiniert wird.

Zusammen mit der Lehrveranstaltung Theoretische Physik V: Quantenmechanik II ergibt sich das Pflichtmodul TP V/VI des Masterstudiengangs Physik.

  • Grundlagenorientierte Studienrichtung: TP V und VI
  • Anwendungsorientierte Studienrichtung: TP V oder VI

 

Anmeldung für die Übungen erfolgt über das Moses System.

Vorlesung

Inhalt:

 

Gegenstand der Vorlesung ist der Einfluss von Fluktuationen auf Selbstorganisationsprozesse in physikalischen, chemischen und biologischen Systemen fernab vom thermodynamischen Gleichgewicht. Neben einer methodischen Einführung in die Theorie nichtlinearer stochastischer Prozesse (Langevin-, Fokker-Planck- und Master-Gleichungen) werden u.a. folgende Themen behandelt:

  • Brown'sche Bewegung
  • Bifurkationen in stochastischen dynamischen Systemen
  • fluktuationsinduzierte Phasenübergänge und Resonanzphänomene
  • Ratschen (Brown´sche Motoren)
  • Synchronisation in neuronalen Netzen unter dem Einfluss von Rauschen.
  • Klimontovich-Theorem

Nach der Behandlung der methodischen Grundlagen setzen sich die Studenten etwa ab Ende Mai/Anfang Juni über die Bearbeitung selbstgewählter Projekte vertiefend mit der Thematik auseinander. Die Studenten werden individuell, mindestens einmal pro Woche angeleitet. Mit Beginn der Projektphase werden keine Übungsblätter mehr bearbeitet.

 

Termine für mündliche Prüfungen

  • Dienstag, 14. August
  • Freitag, 14. September
  • Freitag, 12. Oktober

 

Zeit und Ort:


Vorlesung:
Montag, 10:15-11:45 Uhr, EW 202
Mittwoch, 10:15-11:45 Uhr, EW 202

Die erste Vorlesung findet am Mi, den 18.04. statt.

Übung:
Donnerstag, 16:15-17:45 Uhr, EW 731 (weiterhin!)

Vorlesungsskript

Vorlesungsskript
Titel
Datei
0. Gliederung
pdf
1. Einführung
pdf
2. Statistische Physik im thermodynamischen Gleichgewicht
pdf
3. Einführung in die Theorie nichtlinearer stochastischer Prozesse
pdf
3.3 Markov-Prozesse, Chapman-Kolmogorov-, Master- und Fokker-Planck-Gleichung
pdf
3.4
Ableitung der Fokker-Planck-Kolmogorov- aus einer Langevin-Gleichung
pdf
4. Elemente der Bifurkationstheorie stochastischer dynamischer Systeme
pdf
5. Übergangszeiten
pdf
11.1 Oszillatorische aktive Medien
pdf

Scheinkriterien

Scheinkriterien:

● 50 % der Punkte aus den Übungszetteln (Abgabe in Zweiergruppen)

● Bearbeitung eines Projekts (schriftliche Ausarbeitung und mündlicher Vortrag)

Übungsblätter

Die Bearbeitung der Übungsblätter erfolgt in Zweier-Gruppen. Die Verwendung eines Deckblattes ist erforderlich.

 

Übungsblätter
Inhalt
PDF-Dokument
Ausgabe
Abgabe
Bemerkung
Statistische Physik im Gleichgewicht
Übung 1
03.05.2018
17.05.2018
H-Theorem und Mastergleichung
Übung 2
10.05.2018
24.05.2018
Logistisches Wachstum
Übung 3
17.05.2018
07.06.2018
Genetisches Modell und rauschinduzierter Phasenübergang
Übung 4
31.05.2018
21.06.2018

Projekte

  • Vorstellung und Verteilung der Projekte findet am Mittwoch, den 13.06.2018, in der Vorlesung statt.
  • Bearbeitung in Dreier--Gruppen
  • Ausarbeitung im Umfang von ca. 10 Seiten
  • Vorstellung der Projekte in der letzten Vorlesungswoche
  • Übersicht über die Projekte: pdf
  • Abgabe der Ausarbeitung mit den Folien elektronisch bis Freitag (20.07.2018) an und

     

    Präsentation und Ausarbeitung
    Präsentation
    Download
    Projekt 1 Report: Traffic
    pdf
    Projekt 2 Präsentation: S Theorem
    pptx
    Projekt 2 Report: S Theorem
    pdf
    Projekt 3 Präsentation: Stochastische Resonanz
    pdf
    Projekt 3 Report: Stochastische Resonanz
    pdf
    Projekt 3 Video
    mp4
    Projekt 4 Präsentation: Relativistische Thermodynamik
    pptm
    Projekt 4 Report: Relativistische Thermodynamik
    pdf
    Projekt 5 Präsentation: Synchronisation

    pdf
    Projekt 5 Report: Synchronisation
    pdf

Literatur

  • J. L. Klimontovich, Statistical Theory of Open Systems, Volume 1: A Unified Approach to Kinetic Description of Processes in Active Systems. (Kluwer, New York, 1995)
  • P. Glansdorff, I. Prigogine, Thermodynamic theory of structure, stability and fluctuations. (Wiley, 1971).
  • W. Horsthemke, R. Lefever, Noise-Induced Transitions. Theory and Applications in Physics, Chemistry, and Biology. Springer, 1984.
  • H. Haken, Synergetik. Eine Einführung. Nichtgleichgewichtsphasenübergänge und Selbstorganisation in Physik, Chemie und Biologie. (Springer, 1983; 3. korrigierte und erweiterte Auflage).
  • H. Haken, Cooperative phenomena in systems far from thermal equilibrium and in non-physical systems, Reviews of Modern Physics 47(1), 67 - 121(1975).
  • R.L. Stratonovich, Topics in the Theory of Random Noise, I+II. (Gordon and Breach, 1965, 1967).

    Sprechzeiten

    Sprechzeiten
    Name
    Raum
    Tel.
    Sprechzeiten
    Prof. Dr. Harald Engel
    EW 738
    314-79462
    Mi 14:30-16:00
    Dr. Jan Totz
    EW 148
    314-23037
    Di 15:30-16:30

    Zusatzinformationen / Extras

    Direktzugang

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