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授業科目

統計力学基礎
Basic Statistical Mechanics

担当者

准教授 知久 哲彦
後 火2

単位

2

到達目標

受講者が、物理学の基礎の柱の一つである熱力学における重要な概念を理解し、身の回りの実際の現象に適用できるようになること。

授業内容

 統計力学基礎では熱力学を扱います。熱力学は我々が通常観測するマクロなスケールの物理現象を扱うために必要な考え方であり、また今後さらに重要性を増してくるであろうエネルギー問題や環境問題を科学的に扱うために必要な基礎的な考え方を提供します。この講義ではまず熱力学の基本的な考え方を学び、それが実際の系にどう適用されるのか、主に気体の性質を具体例にして解説します。

授業計画

各回の講義内容は次のように予定していますが、時間の関係で若干前後する場合があります。
各回の次回の内容について、参考書等で該当箇所を予習しておくこと。また授業中に配布する練習問題を解き、復習に当てること。

1.ミクロな量とマクロな量
2.熱の実体と伝わり方
3.熱力学第1法則(エネルギー保存)
4.内部エネルギーと比熱
5.準静過程(定積、定圧、等温、断熱過程)
6.熱機関(カルノーサイクルを中心に)
7.熱力学第2法則とエントロピー
8.熱力学的温度
9.不可逆過程とエントロピー生成
10.自由エネルギーと最小化原理
11.Gibbsの自由エネルギーと相平衡
12.Maxwellの関係式
13.分子運動論と理想気体の状態方程式
14.理想気体からのずれ(ファンデルワールス気体)

授業運営

 すべて講義形式で行います。授業ではテキスト以外に熱力学と関連のある身近な題材(家電のしくみなど)に関する資料を配付して熱力学の役割を実感できるようにします。また各自で演習問題を解き、理解を深めてもらいます。

評価方法

定期試験の結果を80%とし、演習問題のレポートの内容を20%とします。

オフィスアワー

質問・相談等は、火曜日の13:30から5時限終了まで(会議等の時間を除く)等に、教室または研究室(2-222)で受け付けます。なお、質問は講義後その場で、あるいはメールでも受け付けます。

参考書

戸田盛和『熱・統計力学』[岩波書店(物理入門コース7)]
その他、授業内で紹介します。

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