【熱統計力学Ⅰ】
(Thermal and Statistical Mechanics I)
|
[物理学科
3群 必修 科目(配当年次:
第2学年 )
] [化学科 3群 B選択 科目(配当年次: 第2学年 ) ] |
単 位:2単位 | 単位認定者: 小寺義男 |
授業期間: 後期 15コマ | 科目分担者: |
授業形態: 講義 週1コマ |
授業の目的 |
熱力学と統計力学の基礎の理解 |
教育内容 |
熱力学の視点、観測量を述べ、さまざまな操作での仕事についての経験事実を公理として「熱力学」を構築する。 |
教育方法 |
講義は板書形式でテキストにそってすすめる。毎回の宿題としてテキスト章末のレポート問題を課す。 |
講義内容(シラバス) |
回 | 項 目 | 担当者 | 授業内容 |
1回 |
熱力学の視点と平衡状態の記述 |
小寺 |
熱力学とは、平衡状態、状態変数、環境、操作、仕事 |
2回 |
内部エネルギー |
小寺 |
断熱操作、断熱曲線、内部エネルギー、熱とは何か |
3回 |
ケルヴィンの原理 |
小寺 |
等温サイクル、第二種永久機関、プランクの原理 |
4回 |
カルノーの定理 |
小寺 |
ニ温度熱機関、効率、カルノーサイクル |
5回 |
エントロピーとは何か? |
小寺 |
エントロピーの計算公式、不可逆、クラウジウスのエントロピー |
6回 |
自由エネルギーとは何か? |
小寺 |
ヘルムホルツの自由エネルギー |
7回 |
完全な熱力学関数 |
小寺 |
F(T,V,n)とS(U,V,n)、ルジャンドル変換、凸性 |
8回 |
エントロピー最大原理、自由エネルギー最小原理 |
小寺 |
つりあいの条件 |
9回 |
相転移の熱力学 |
小寺 |
相、クラウジウス・クラペイロンの関係式 |
10回 |
マックスウェルの速度分布則 |
小寺 |
正規分布、ベルヌーイの関係式 |
11回 |
統計力学とは? |
小寺 |
等重率の原理とミクロカノニカル分布 |
12回 |
量子力学と熱力学のブリッジ |
小寺 |
ボルツマンの原理の熱力学的な証明 |
13回 |
等温環境下の系とカノニカル分布 |
小寺 |
熱浴、カノニカル分布 |
14回 |
量子力学と熱力学のブリッジII |
小寺 |
分配関数と自由エネルギーの関係、ルジャンドル変換 |
15回 |
まとめ |
小寺 |
全体の確認と復習 |
到達目標 |
(1)理想気体の平衡状態にさまざまな操作を行ったときのエネルギーのやりとりを計算できること。 |
評価基準 |
講義で出すレポート(30%)と期末試験(70%)による総合評価。欠席回数に比例して減点する。 |
準備学習 (予習・復習) |
講義はテキストに沿ってすすめるので、講義で扱う部分を予習しておくこと。また、「確率・統計」の講義は受講し、確率的なものの考え方に慣れておくこと。 |
その他 |
詳しく学びたい場合は参考書を薦める。 |
(書 名) | (著者名) | (出版社名) | (定価) | |
教科書 | 熱力学から統計力学へ(2016年度版) | 守真太郎 | DL-Market | 324円 |
参考書 | 熱力学ー現代的な視点から | 田崎晴明 | 培風館 | 3,675円 |
統計力学1 | 田崎晴明 | 培風館 | 3,672円 |