ThermoLab: לחקור, לגזור ולדמות פיזיקה תרמית
ספר לימוד חישובי אינטראקטיבי ומעבדה וירטואלית לפיזיקה תרמית וסטטיסטית ברמה אוניברסיטאית — שנבנה כדי להוביל אתכם מאפס ועד מוכנות מלאה לבחינות, בעומק של ספר טוב, עם כל מה שמחשב מוסיף: סימולציות חיות, מעבדות, חידונים, מבחנים וסרטוני הדגמה.
הכול בקורס הזה סובב סביב שאלה אחת:
כיצד התנהגות מאקרוסקופית צפויה נובעת מהתנהגות מיקרוסקופית אקראית?
איך לומדים כאן¶
כל מודול עוקב אחרי אותו מסלול טיפוס:
פתיחה — חידה פיזיקלית שאפשר להרגיש, וניבוי שאתם מתחייבים אליו לפני כל משוואה.
ליבה — מעבדה אינטראקטיבית, הגזירה המדויקת ובדיקה חישובית. זהו עמוד השדרה הרלוונטי לבחינה.
ביסוס — העברה להקשרים חדשים, דוגמאות פתורות, חידונים ושאלות ברמת בחינה.
מתקדם — חומר מעמיק המסומן בבירור. אפשר לדלג עליו בקריאה ראשונה; שום דבר בהמשך אינו תלוי בו.
מודולים¶
לקורס מודול התמצאות, שנים-עשר מודולי ליבה ושישה מודולים מתקדמים. זמינים כעת:
התמצאות — כיצד דברים בלתי צפויים רבים מסתכמים לדבר אמין אחד. התחילו כאן.
שיווי משקל תרמי — מה פירוש הדבר ששני גופים נמצאים “באותה טמפרטורה”, ומדוע זרימת החום נעצרת בדיוק שם.
משוואות מצב — כיצד לחץ, נפח וטמפרטורה קשורים זה בזה, ומדוע גזים ממשיים מתעבים בסופו של דבר.
הסתברות והתהוות — מדוע עשרת אלפים הולכים חסרי מטרה משרטטים עקומה שניתן לחזות אותה בשלוש ספרות.
המקור המיקרוסקופי של הלחץ — כיצד לחץ יציב נובע מהתנגשויות אלימות ולא סדירות.
עבודה ומסלולים תרמודינמיים — מדוע עבודה תלויה בדרך שנבחרה, ולא רק בנקודות הקצה.
תהליכים תרמודינמיים — מדוע גז המתפשט אל תוך ריק אינו מתקרר, ומה שווה הדרך האיטית.
החוק השני ומנועי חום — מדוע שום מנוע, ויהא בנוי היטב ככל שיהיה, אינו יכול להמיר לעבודה את כל החום שהוא בולע.
אנטרופיה וריבוי מצבים — מדוע גז מבודד כמעט לעולם אינו מתקבץ בפינה אחת.
היחס היסודי — מדוע שני גופים במגע מגיעים לטמפרטורות שוות ולא לאנרגיות שוות, וכיצד פונקציה אחת חוזה את כל השאר.
פוטנציאלים תרמודינמיים — מדוע כימאים, מהנדסים ופיזיקאים מתעדים כל אחד “אנרגיה” אחרת, וכיצד מד לחץ ומדחום מודדים שינוי אנטרופיה.
צברים סטטיסטיים — כיצד “כל המיקרו-מצבים שווי הסתברות” ו"מצבים בעלי אנרגיה גבוהה נדירים מעריכית" נכונים שניהם, ומאין בא גורם בולצמן.
פונקציות חלוקה — מדוע המספר שמחלקים בו יודע את האנרגיה, האנטרופיה וקיבול החום של מערכת, ומדוע טמפרטורה שלילית חמה מכל טמפרטורה חיובית.
פוטנציאל כימי (מתקדם) — מדוע חלקיקים יכולים להצטופף דווקא במקום שכבר צפוף בו, ומה משותף לאטמוספרה, למשטח סופח ולתא שמתנפח.
דו-קיום פאזות (מתקדם) — מדוע נוזל והאדים שלו יכולים לחלוק גליל בלחץ אחד בלבד, מה קובע את הלחץ הזה, ומדוע מים רותחים ב-71 מעלות צלזיוס על פסגת האוורסט.
מעברי פאזה ומודל איזינג (מתקדם) — מדוע מגנט שמתקרר דרך טמפרטורת קירי שלו חייב לבחור כיוון שהמשוואות שלו אינן מעדיפות, ומה סימולציה של כמה אלפי ספינים יכולה, ואינה יכולה, להוכיח על כך.
קרינה תרמית וקיבול החום של מוצקים (מתקדם) — מדוע תנור חם אינו מנורה אולטרה-סגולה וגביש קר כמעט אינו אוגר חום, ומדוע לשאלה “באיזה צבע השמש מאירה בעוצמה הרבה ביותר” יש שתי תשובות נכונות.
סטטיסטיקה קוונטית (מתקדם) — מדוע האלקטרונים בחוט נחושת כמעט אינם אוגרים חום בעוד שאטומי הליום מצטופפים במצב קוונטי יחיד, ומדוע “קוונטי” נקבע על ידי הצפיפות לא פחות מאשר על ידי הקור.
פלוקטואציות והובלה (מתקדם) — מדוע מולקולת צבען הנעה במהירות של מאה מטרים בשנייה צריכה יום שלם כדי לחצות סנטימטר, מדוע דילול של גז אינו משנה את הצמיגות שלו, וכיצד אפשר לקרוא קיבול חום, ואפילו את משקלו של אטום, מתוך רעש אקראי.
שני דפי עזר יושבים מחוץ לרצף ונועדו לחזרה: מוסכמות והרענון המתמטי.