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Oggetto:
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Meccanica statistica del disequilibrio: fondamenti e applicazioni

Oggetto:

Nonequilibrium statistical mechanics: foundations and applications

Oggetto:

Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
INT0374
Docente
Prof. Lamberto Rondoni (Titolare del corso)
Corso di studio
Laurea Magistrale Interateneo in Fisica dei sistemi complessi
Anno
1° anno, 2° anno
Periodo
Secondo Semestre
Tipologia
C=Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
MAT/07 - fisica matematica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Inglese
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Orale
Prerequisiti
Corsi di base di fisica e matematica delle lauree triennali.
First and second year mathematics and physics courses.
Propedeutico a
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Il corso intende fornire le basi teoriche per la comprensione dei fenomeni fisici di disequilibrio, partendo dalle classiche relazioni di fluttuazione e dissipazione e della risposta lineare, per arrivare alle moderne teorie e relazioni di fluttuazione, che sono di interesse in sistemi molto lontani dall'equilibrio e sopratutto nelle moderne bio e nanotecnologie.

Indicatori di Dublino

Conoscenza e comprensione 

Il corso, ripercorre i progressi della fisica di dei fenonemi di disequilibrio per evidenziare la loro applicabilità e le loro limitazioni, avendo presenti i problemi delle moderne tecnologie, cosicché gli studenti possano poi comprendere ed eventualmente sviluppare lo stato dell'arte.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Agli studenti è richiesto lo studio di articoli specialistici della bibliografia presente, al fine di renderli il più possibile autonomi nei lavori di ricerca che svolgeranno, per esempio in occasione della tesi di laurea.

This course aims at providing the fundamental theoretical understanding of nonequilibrium phenomena, beginnng with fluctuation-dissiaption relations and linear response. Then the course focuses on the modern theories of nonequilibrium physics, including fluctuation relations, that are of interest in far from equilibrium situations, as well as in modern bio- and nano-technologies.

Dublin indicators

Knowledge and understanding

This course contitutes a review of the physics of nonequilirium phenomena, focusing on the applicability and limitations of the various approaches developed in more than a century. This is dne with an eye on modern technology, so that students may understand the current literature and possibly frther develop it.

Capability to apply knowledge and understanding

Students are required to study papers of the current specialized literature, so that they become autonomous in their reseach work, for instance leading to their Master thesis.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Capacità di comprensione della letteratura corrente sui fenomeni di disequilibrio

Expected learning outcomes:

Understanding current literature on nonequilibrium phenomena

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Programma

Termodinamica del disequilibrio:

  • equilibrio locale, equazioni di bilancio e idrodinamiche;
  • moto Browniano e teorema di fluttuazione-dissipazione;
  • reciprocità di Onsager;
  • relazioni di Green e Kubo;
  • teoria di Onsager e Machlup.

Ensembles and misure invarianti:

  • fondamenti microscopici e ruolo del caos;
  • ipotesi ergodica e ipotesi caotica;
  • trasporto anomalo.
  • Equazione di Boltzmann.

Sistemi lontani dall'equilibrio e di scala nanoscopica:

  • equivalenza e non-equivalenza degli ensemble;
  • modelli dinamici;
  • estensioni della teoria lineare;
  • relazioni transienti di fluttuazione (Evans-Searles, Jarzynski, Crooks, Hatano-Sasa);
  • relazioni stazionarie di fluttuazione (Evans-Cohen-Morriss, Gallavotti-Cohen);
  • legami con la risposta lineare.

Nonequilibrium thermodynamics:

  • local equilibrium, balance equations and hydrodynamic equations;
  • Brownian motion and fluctuation-dissipation theorem;
  • Onsager reciprocal relations; Green-Kubo relations;
  • Onsager-Machlup theory.

Ensembles and invariant measures:

  • microscopic foundations and the role of chaos;
  • ergodic and chaotic hypotheses;
  • anomalous transport. Boltzmann equation.

Far from equilibrium and nanoscale systems:

  • Equivalence and non-equivalence of ensembles;
  • dynamical models;
  • extensions of the linear theory to far from equilibrium systems;
  • transient fluctuation relations (Evans-Searles, Jarzynski, Crooks, Hatano-Sasa);
  • steady state fluctuation relations (Evans-Cohen-Morriss, Gallavotti-Cohen);
  • link with linear response.

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Modalità di insegnamento

Lezioni teoriche in classe se possibile. Altrimenti in diretta su piattaforma webex ed equivalenti

Theoretical lectures in class if possible. Otherwise, live online broadcast using webex or similar applications.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame consiste di una prova orale, della durata di 30-40 minuti. Ci sono due possibili modalità  d'esame. Il primo modo prevede domande che possono spaziare su tutto il programma svolto a lezione (esame pieno). Il secondo modo si limita alla presentazione di un argomento di interesse corrente nella ricerca sui fenomeni di disequilibrio, che evidenzi le conoscenze acquisite nel corso e in tale ricerca (modalità semplificata con alcune limitazoni sull'esito finale). In caso di non superamento dell'esame la ripetizione dello stesso deve avvenire non prima di un mese dal primo tentativo. L'esame può essere svolto sia in presenza che in via telematica.


The exam is oral and lasts about 30-40 minutes. The student may choose to answer questions on all the subjects of the course (full exam), or may give a presentation on a research subject previously agreed with the teacher (simplified exam, with some limitation on the final grade). In case a failure, at least one month has to pass before the exam can be repeated. The exam can be given in person or telematically.

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Attività di supporto

 

 

 

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
Thermodynamics
Anno pubblicazione:  
2013
Editore:  
Wiley
Autore:  
H. B. Callen
ISBN  
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Statistical Physics II
Anno pubblicazione:  
1983
Editore:  
Springer-Verlag
Autore:  
R. Kubo, M. Toda, N. Hashitsume
ISBN  
Obbligatorio:  
No
Oggetto:

  1. D. J. Evans, G. P. Morriss, Statistical mechanics of nonequilibrium liquids, Cambridge Univ. Press (2008)
  2. H. B. Callen, Thermodynamics, Wiley (1966)
  3. E. Fermi, Thermodynamics, Dover (1956)
  4. S. R. de Groot, P. Mazur, Non-equilibrium thermodynamics, Dover (1984)
  5. H. Risken, The Fokker-Planck equation, Springer (1989)
  6. R. Kubo, M. Toda, N. Hashitsume, Statistical Physics II, Springer-Verlag (1983)
  7. D. A. Kirzhnits, Field Theoretical Methods in Many-Body Systems, Pergamon Press (1967)
  8. M. I. Friedlin and A. D. Wentzell. Random Perturbations of Dynamical Systems, Berlin, Springer, (1984)
  9. G. Gallavotti. Statistical Mechanics: a Short Treatise. Springer Verlag Berlin, 2000
  10. Carlo Cercignani, The Boltzmann Equation and Its Applications, New York, Springer- Verlag, 1988


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Note

Il corso è mutuato da: 

https://didattica.polito.it/pls/portal30/sviluppo.guide.visualizza?p_cod_ins=01NUNRT&p_a_acc=2018

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Altre informazioni

http://calvino.polito.it/%7erondoni/Didattica/Nonequil/
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Orario lezioniV

GiorniOreAula
Martedì16:00 - 18:00Aula D Dipartimento di Fisica
Giovedì16:00 - 18:00Aula D Dipartimento di Fisica

Lezioni: dal 15/03/2022 al 09/06/2022

Nota: Sovente ci sono studenti che si connettono in remoto che non parlano italiano e il corso si svolge normalmente in lingua inglese. Se qualcuno ha difficoltà con l'inglese (che comunque è elementare, visto che si tratta di equazioni), me lo faccia sapere. Ci sono inoltre le registrazioni delle lezioni.
Cordiali saluti e a presto

Registrazione
  • Aperta
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    Ultimo aggiornamento: 28/06/2022 16:07
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