Universitas Negeri Surabaya
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Program Studi S2 Fisika

Kode Dokumen

SEMESTER LEARNING PLAN

Course

KODE

Rumpun MataKuliah

Bobot Kredit

SEMESTER

Tanggal Penyusunan

MEKANIKA STATISTIK

4510203004

Mata Kuliah Wajib Program Studi

T=3

P=0

ECTS=6.72

2

1 Januari 2025

OTORISASI

Pengembang S.P

Koordinator Rumpun matakuliah

Koordinator Program Studi




Dr. Muhimmatul Khoiro, S.Si.


Dr. Muhimmatul Khoiro, S.Si.


NUGRAHANI PRIMARY PUTRI

Model Pembelajaran

Case Study

Program Learning Outcomes (PLO)

PLO program Studi yang dibebankan pada matakuliah

PLO-3

Mengembangkan pemikiran logis, kritis, sistematis, dan kreatif dalam melakukan pekerjaan yang spesifik di bidang keahliannya serta sesuai dengan standar kompetensi kerja bidang yang bersangkutan

PLO-6

Mampu menguasai pengetahuan teori fisika klasik dan modern lanjut, serta menguasai metode fisika untuk aplikasi iptek

PLO-8

Mengembangkan IPTEKS terkait gejala dan masalah fisis melalui analisis dan sintesis hasil riset

Program Objectives (PO)

PO - 1

Mengembangkan pemikiran logis, kritis, sistematis, dan kreatif dalam menganalisis korelasi termo-statistik

PO - 2

Mengembangkan model matematis dan atau model fisis dengan pendekatan inter- atau multidisiplin untuk menyelesaikan masalah fenomena termodinamik pada sistem klasik dan kuantum dengan relasi termostatistik melalui fungsi-fungsi partisi yang telah diturunkan

PO - 3

Mampu menguasai pengetahuan teori mekanika statistik dan menjelaskan beberapa aplikasi serta fenomena lanjut menggunakan konsep mekanika statistik

Matrik PLO-PO
 
POPLO-3PLO-6PLO-8
PO-1✔  
PO-2 ✔ 
PO-3  ✔

Matrik PO pada Kemampuan akhir tiap tahapan belajar (Sub-PO)
 
PO Minggu Ke
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
PO-1✔✔
PO-2✔✔✔✔✔✔✔
PO-3✔✔✔✔✔✔✔

Deskripsi Singkat Mata Kuliah

Mekanika Statistik pada program magister ini mempelajari secara mendalam aspek mikroskopis fenomena termodinamika (makroskopis) melalui model-model distribusi statistik Maxwell-Boltzmann (MB), Bose-Einstein (BE) dan Fermi-Dirac (FD) setelah menguasai dasar-dasarnya pada kuliah Fisika Statistik di tingkat sarjana. Mahasiswa mempelajari konsep ruang fase dan teori ensembel untuk menurunkan fungsi-fungsi partisi. Mahasiswa menggunakan fungsi partisi kanonik untuk menjelaskan fenomena termodinamik klasik dan fungsi kanonik besar untuk fenomena kuantum pada berbagai temperatur. Mahasiswa mempelajari beberapa aplikasi lanjut (advanced) yang memerlukan pendekatan mekanika statistik untuk menjelaskannya. Mata kuliah ini merupakan lanjutan Fisika Statistika di program sarjana. Oleh karena itu, mahasiswa perlu menguasasi dasar termodinamika dan fisika statistika.

Pustaka

Utama :

  1. Pathria, R.K. & Beale, P.D.(2011).’Statistical Mechanics’, 3rd ed., Butterworth Heinemann: Oxford.
  2. Huang, K.(2001).’Introduction to Statistical Physics’, Taylor and Francis: London & New York.

Pendukung :

  1. Chandler, D. (1987) ‘Introduction of Modern Statistical Mechanics.’ Oxford University Press: New York.
  2. Ma, S-K. (1985),’Statistical Mechanics’, Terjemah ke Bhs. Inggris oleh Fu, M.K., World Scientific, Singapore.
  3. MIT Course Materials
  4. Training in Low-Temperature Stirling Engine Kit Modeling for High School Physics Teachers in the Nganjuk Regency

Dosen Pengampu

Dr. Zainul Arifin Imam Supardi, M.Si.

Dr. Eng. Evi Suaebah, M.Si., M.Sc.

Dr. Muhimmatul Khoiro, S. Si.

Minggu Ke-

Kemampuan akhir tiap tahapan belajar
(Sub-PO)

Penilaian

Bantuk Pembelajaran,

Metode Pembelajaran,

Penugasan Mahasiswa,

 [ Estimasi Waktu]

Materi Pembelajaran

[ Pustaka ]

Bobot Penilaian (%)

Indikator

Kriteria & Bentuk

Luring (offline)

Daring (online)

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

1

Minggu ke 1

Memahami istilah dan konsep dasar tentang fisika statistika serta menjelaskan hubungannya terhadap termodinamika
  1. Mahasiswa mampu mendefinisikan dan mengidentifikasi istilah statistika dan probabilitas
  2. Mahasiswa mampu menjelaskan tentang konsep dasar termostatistik
 Kriteria:

Mahasiswa akan mendapatkan nilai penuh jika memenuhi indikator penilaian


Bentuk Penilaian :
Aktifitas Partisipasif		 Ceramah, diskusi
3x50 menit		 Ceramah, diskusi
3x50 menit		 Materi: Ch1
Pustaka: Pathria, R.K. & Beale, P.D.(2011).’Statistical Mechanics’, 3rd ed., Butterworth Heinemann: Oxford.
Materi: Ch6
Pustaka: Huang, K.(2001).’Introduction to Statistical Physics’, Taylor and Francis: London & New York.		 3%

2

Minggu ke 2
  1. Memahami konsep ruang fase dan konsep ruang vektor kuantum, dinamikanya, konsep rapat ruang fase dan konsep operator kerapatan kuantum
  2. Memahami berbagai ensambel mekanika statistik (ensambel mikrokanonik, ensambel kanonik, dan ensambel makrokanonik), beserta fungsi partisi yang terkait, dan hubungannya ke termodinamika melalui potensial termodinamika tertentu
  1. Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan konsep ruang fase
  2. Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan tentang teori ensemble
  3. Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan ensemble mikrokanonik dan contohnya
 Kriteria:

Mahasiswa akan mendapatkan nilai penuh jika memenuhi indikator penilaian


Bentuk Penilaian :
Aktifitas Partisipasif		 Ceramah, diskusi
3x50 menit		 Ceramah, diskusi
3x50 menit		 Materi: Ch2
Pustaka: Pathria, R.K. & Beale, P.D.(2011).’Statistical Mechanics’, 3rd ed., Butterworth Heinemann: Oxford.
Materi: Ch6
Pustaka: Huang, K.(2001).’Introduction to Statistical Physics’, Taylor and Francis: London & New York.		 3%

3

Minggu ke 3

Memahami berbagai ensambel mekanika statistik (ensambel mikrokanonik, ensambel kanonik, dan ensambel makrokanonik), beserta fungsi partisi yang terkait, dan hubungannya ke termodinamika melalui potensial termodinamika tertentu

Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan ensember kanonik dan makna fisikanya

 Kriteria:

Mahasiswa akan mendapatkan nilai penuh jika memenuhi indikator penilaian


Bentuk Penilaian :
Aktifitas Partisipasif		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Materi: Ch3
Pustaka: Pathria, R.K. & Beale, P.D.(2011).’Statistical Mechanics’, 3rd ed., Butterworth Heinemann: Oxford.		 3%

4

Minggu ke 4

Memahami berbagai ensambel mekanika statistik (ensambel mikrokanonik, ensambel kanonik, dan ensambel makrokanonik), beserta fungsi partisi yang terkait, dan hubungannya ke termodinamika melalui potensial termodinamika tertentu
  1. Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan ensember kanonik dan makna fisikanya
  2. Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan sistem klasik, fluktuasi, dan partisi energi
  3. Mahasiswa mampu menjelaskan konsep aplikasi ensemble kanonik pada osilator harmonik, paramagnetisme dan suhu negatif
 Kriteria:

Mahasiswa akan mendapatkan nilai penuh jika memenuhi indikator penilaian


Bentuk Penilaian :
Aktifitas Partisipasif		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Materi: Ch3
Pustaka: Pathria, R.K. & Beale, P.D.(2011).’Statistical Mechanics’, 3rd ed., Butterworth Heinemann: Oxford.		 4%

5

Minggu ke 5

Memahami berbagai ensambel mekanika statistik (ensambel mikrokanonik, ensambel kanonik, dan ensambel makrokanonik), beserta fungsi partisi yang terkait, dan hubungannya ke termodinamika melalui potensial termodinamika tertentu.

Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan ensembel grandkanonik dan makna fisiknya

 Kriteria:

Mahasiswa akan mendapatkan nilai penuh jika memenuhi indikator penilaian


Bentuk Penilaian :
Aktifitas Partisipasif		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Materi: Ch4
Pustaka: Pathria, R.K. & Beale, P.D.(2011).’Statistical Mechanics’, 3rd ed., Butterworth Heinemann: Oxford.
Materi: Ch7
Pustaka: Huang, K.(2001).’Introduction to Statistical Physics’, Taylor and Francis: London & New York.		 3%

6

Minggu ke 6

Memahami berbagai ensambel mekanika statistik (ensambel mikrokanonik, ensambel kanonik, dan ensambel makrokanonik), beserta fungsi partisi yang terkait, dan hubungannya ke termodinamika melalui potensial termodinamika tertentu.
  1. Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan ensembel grandkanonik dan makna fisiknya
  2. Mahasiswa mampu menjelaskan contoh-contoh ensember grand-kanonik dan fluktuasi
 Kriteria:

Mahasiswa akan mendapatkan nilai penuh jika memenuhi indikator penilaian


Bentuk Penilaian :
Aktifitas Partisipasif		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Materi: Ch4
Pustaka: Pathria, R.K. & Beale, P.D.(2011).’Statistical Mechanics’, 3rd ed., Butterworth Heinemann: Oxford.
Materi: Ch7
Pustaka: Huang, K.(2001).’Introduction to Statistical Physics’, Taylor and Francis: London & New York.		 3%

7

Minggu ke 7

Memahami hubungan antara keadaan dan besaran-besaran mikroskopik dalam mekanika klasik dan mekanika kuantum dengan keadaan dan besaran-besaran makroskopik dalam termodinamika
  1. Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan statistik ensembel
  2. Mahasiswa mampu menjelaskan statistik kuantum dan contohcontohnya
 Kriteria:

Mahasiswa akan mendapatkan nilai penuh jika memenuhi indikator penilaian


Bentuk Penilaian :
Aktifitas Partisipasif		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Materi: Ch5
Pustaka: Pathria, R.K. & Beale, P.D.(2011).’Statistical Mechanics’, 3rd ed., Butterworth Heinemann: Oxford.		 4%

8

Minggu ke 8

Menyelesaikan soal terkait mekanika statistik

Mahasiswa dapat menyelesaikan soal terkait mekanika statistik

 Kriteria:

Mahasiswa akan mendapatkan nilai penuh jika memenuhi indikator penilaian


Bentuk Penilaian :
Tes		 UAS
2x50 menit		 UAS
2x50 menit		 Materi: Ch1-5
Pustaka: Pathria, R.K. & Beale, P.D.(2011).’Statistical Mechanics’, 3rd ed., Butterworth Heinemann: Oxford.		 20%

9

Minggu ke 9

Mengetahui berbagai penerapan mekanika statistik, baik penerapan untuk kasus klasik maupun untuk kasus kuantum.
  1. Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan teori gas ideal kuantum dalam setiap ensemble
  2. Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan teori gas ideal klasik pada molekul monoatomik dan diatomik
 Kriteria:

Mahasiswa akan mendapatkan nilai penuh jika memenuhi indikator penilaian


Bentuk Penilaian :
Aktifitas Partisipasif		 Diskusi, presentasi
3x50 menit		 Diskusi, presentasi
3x50 menit		 Materi: Ch6
Pustaka: Pathria, R.K. & Beale, P.D.(2011).’Statistical Mechanics’, 3rd ed., Butterworth Heinemann: Oxford.		 4%

10

Minggu ke 10

Memahami sifat simetri vektor keadaan kuantum sistem banyak partikel, serta implikasinya sebagai statistika kuantum Bose-Einstein
  1. Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan termodinamika gas Bose ideal
  2. Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan aplikasi BoseEinstein pada radiasi benda hitam dan laser
 Kriteria:

Mahasiswa akan mendapatkan nilai penuh jika memenuhi indikator penilaian


Bentuk Penilaian :
Aktifitas Partisipasif		 Ceramah, diskusi
3x50 menit		 Ceramah, diskusi
3x50 menit		 Materi: Ch7
Pustaka: Pathria, R.K. & Beale, P.D.(2011).’Statistical Mechanics’, 3rd ed., Butterworth Heinemann: Oxford.
Materi: Ch12-13
Pustaka: Huang, K.(2001).’Introduction to Statistical Physics’, Taylor and Francis: London & New York.		 3%

11

Minggu ke 11

Memberikan pemahaman tentang sifat simetri vektor keadaan kuantum sistem banyak partikel, serta implikasinya sebagai statistika kuantum Fermi-Dirac.
  1. Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan termodinamika gas Fermi
  2. Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan aplikasi FermiDirac pada gas elektron pada logam paramagnetik
 Kriteria:

Mahasiswa akan mendapatkan nilai penuh jika memenuhi indikator penilaian


Bentuk Penilaian :
Aktifitas Partisipasif		 Ceramah, diskusi, presentasi
3x50 menit		 Ceramah, diskusi, presentasi
3x50 menit		 Materi: Ch8
Pustaka: Pathria, R.K. & Beale, P.D.(2011).’Statistical Mechanics’, 3rd ed., Butterworth Heinemann: Oxford.
Materi: Ch11
Pustaka: Huang, K.(2001).’Introduction to Statistical Physics’, Taylor and Francis: London & New York.		 4%

12

Minggu ke 12

Mengetahui berbagai penerapan mekanika statistik, baik penerapan untuk kasus klasik maupun untuk kasus kuantum

Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan fenomena transformasi fasa dari tinjauan mekanika statistic melalui metode Ising

 Kriteria:

Mahasiswa akan mendapatkan nilai penuh jika memenuhi indikator penilaian


Bentuk Penilaian :
Aktifitas Partisipasif		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Materi: Ch12
Pustaka: Pathria, R.K. & Beale, P.D.(2011).’Statistical Mechanics’, 3rd ed., Butterworth Heinemann: Oxford.
Materi: Ch14
Pustaka: Huang, K.(2001).’Introduction to Statistical Physics’, Taylor and Francis: London & New York.
Materi: Ch 5
Pustaka: Chandler, D. (1987) ‘Introduction of Modern Statistical Mechanics.’ Oxford University Press: New York.
Materi: Ch 27
Pustaka: Ma, S-K. (1985),’Statistical Mechanics’, Terjemah ke Bhs. Inggris oleh Fu, M.K., World Scientific, Singapore.		 4%

13

Minggu ke 13

Mengetahui berbagai penerapan mekanika statistik, baik penerapan untuk kasus klasik maupun untuk kasus kuantum

Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan fenomena transformasi fasa dari tinjauan mekanika statistic melalui metode Ising

 Kriteria:

Mahasiswa akan mendapatkan nilai penuh jika memenuhi indikator penilaian


Bentuk Penilaian :
Aktifitas Partisipasif		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Materi: Ch12
Pustaka: Pathria, R.K. & Beale, P.D.(2011).’Statistical Mechanics’, 3rd ed., Butterworth Heinemann: Oxford.
Materi: Ch14
Pustaka: Huang, K.(2001).’Introduction to Statistical Physics’, Taylor and Francis: London & New York.
Materi: Ch 5
Pustaka: Chandler, D. (1987) ‘Introduction of Modern Statistical Mechanics.’ Oxford University Press: New York.
Materi: Ch 27
Pustaka: Ma, S-K. (1985),’Statistical Mechanics’, Terjemah ke Bhs. Inggris oleh Fu, M.K., World Scientific, Singapore.		 4%

14

Minggu ke 14

Mengetahui berbagai penerapan mekanika statistik, baik penerapan untuk kasus klasik maupun untuk kasus kuantum
  1. Mengklasifikasikan skenario fisik ke distribusi Maxwell Boltzman/Bose Einstein/Fermi Dirac disertai alasan asumsi fisik
  2. Menghitung besaran termal sederhana untuk menunjukkan beda klasik vs kuantum
 Kriteria:

Mahasiswa akan mendapatkan nilai penuh jika memenuhi indikator penilaian


Bentuk Penilaian :
Aktifitas Partisipasif		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Materi: Ch13
Pustaka: Huang, K.(2001).’Introduction to Statistical Physics’, Taylor and Francis: London & New York.
Materi: Ch30
Pustaka: Ma, S-K. (1985),’Statistical Mechanics’, Terjemah ke Bhs. Inggris oleh Fu, M.K., World Scientific, Singapore.		 4%

15

Minggu ke 15

Mengetahui berbagai penerapan mekanika statistik, baik penerapan untuk kasus klasik maupun untuk kasus kuantum

Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan metode medan terkuantisasi sebagai penerapan mekanika statistik

 Kriteria:

Mahasiswa akan mendapatkan nilai penuh jika memenuhi indikator penilaian


Bentuk Penilaian :
Praktik / Unjuk Kerja		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Ceramah, diskusi, penugasan
3x50 menit		 Materi: Ch10
Pustaka: Pathria, R.K. & Beale, P.D.(2011).’Statistical Mechanics’, 3rd ed., Butterworth Heinemann: Oxford.		 4%

16

Minggu ke 16

Mahasiswa dapat menyelesaikan permasalahan terkait mekanika statistik

Mahasiswa dapat menyelesaikan masalah-masalah mekanika statistik

 Kriteria:

Mahasiswa akan mendapatkan nilai penuh jika memenuhi indikator penilaian


Bentuk Penilaian :
Penilaian Portofolio, Praktik / Unjuk Kerja		 UAS
2x50 menit		 UAS
2x50 menit		 Materi: Ch6-10
Pustaka: Pathria, R.K. & Beale, P.D.(2011).’Statistical Mechanics’, 3rd ed., Butterworth Heinemann: Oxford.		 30%



Rekap Persentase Evaluasi : Case Study

No Evaluasi Persentase
1. Aktifitas Partisipasif 46%
2. Penilaian Portofolio 15%
3. Praktik / Unjuk Kerja 19%
4. Tes 20%
100%

Catatan

  1. Capaian Pembelajaran Lulusan Program Studi (PLO - Program Studi) adalah kemampuan yang dimiliki oleh setiap lulusan Program Studi yang merupakan internalisasi dari sikap, penguasaan pengetahuan dan ketrampilan sesuai dengan jenjang prodinya yang diperoleh melalui proses pembelajaran.
  2. PLO yang dibebankan pada mata kuliah adalah beberapa capaian pembelajaran lulusan program studi (CPL-Program Studi) yang digunakan untuk pembentukan/pengembangan sebuah mata kuliah yang terdiri dari aspek sikap, ketrampulan umum, ketrampilan khusus dan pengetahuan.
  3. Program Objectives (PO) adalah kemampuan yang dijabarkan secara spesifik dari PLO yang dibebankan pada mata kuliah, dan bersifat spesifik terhadap bahan kajian atau materi pembelajaran mata kuliah tersebut.
  4. Sub-PO Mata kuliah (Sub-PO) adalah kemampuan yang dijabarkan secara spesifik dari PO yang dapat diukur atau diamati dan merupakan kemampuan akhir yang direncanakan pada tiap tahap pembelajaran, dan bersifat spesifik terhadap materi pembelajaran mata kuliah tersebut.
  5. Indikator penilaian kemampuan dalam proses maupun hasil belajar mahasiswa adalah pernyataan spesifik dan terukur yang mengidentifikasi kemampuan atau kinerja hasil belajar mahasiswa yang disertai bukti-bukti.
  6. Kreteria Penilaian adalah patokan yang digunakan sebagai ukuran atau tolok ukur ketercapaian pembelajaran dalam penilaian berdasarkan indikator-indikator yang telah ditetapkan. Kreteria penilaian merupakan pedoman bagi penilai agar penilaian konsisten dan tidak bias. Kreteria dapat berupa kuantitatif ataupun kualitatif.
  7. Bentuk penilaian: tes dan non-tes.
  8. Bentuk pembelajaran: Kuliah, Responsi, Tutorial, Seminar atau yang setara, Praktikum, Praktik Studio, Praktik Bengkel, Praktik Lapangan, Penelitian, Pengabdian Kepada Masyarakat dan/atau bentuk pembelajaran lain yang setara.
  9. Metode Pembelajaran: Small Group Discussion, Role-Play & Simulation, Discovery Learning, Self-Directed Learning, Cooperative Learning, Collaborative Learning, Contextual Learning, Project Based Learning, dan metode lainnya yg setara.
  10. Materi Pembelajaran adalah rincian atau uraian dari bahan kajian yg dapat disajikan dalam bentuk beberapa pokok dan sub-pokok bahasan.
  11. Bobot penilaian adalah prosentasi penilaian terhadap setiap pencapaian sub-PO yang besarnya proposional dengan tingkat kesulitan pencapaian sub-PO tsb., dan totalnya 100%.
  12. TM=Tatap Muka, PT=Penugasan terstruktur, BM=Belajar mandiri.