| 教授 | 中村統太 |  |
| 准教授 | 富田裕介 | |
| 教授 | 鈴木栄男 | |
| 講師 | 松原史卓 | |
基礎熱統計力学 |
Thermal and Statistical Mechanics |
| 1. | 熱力学の法則を理解し説明が出来る。 温度、エントロピー、自由エネルギーについて定義を説明することが出来る。 |
| 2. | 準静的過程の仕事の計算が出来る。 理想気体の比熱の計算が出来る。 |
| 3. | カルノーサイクルについて説明し、必要な計算が出来る。 熱機関の効率などの計算が出来る。 |
| 4. | 古典統計力学の原理と手法について説明できる。 |
| 5. | ２準位原子系、理想気体、調和振動子に関する分配関数、自由エネルギーを求め、物理量の計算が出来る。 |
| 【授業計画】 | 【授業時間外課題（予習および復習を含む）】 | |
| 1. | 温度と熱 ・ 温度と熱の定義 ・ 理想気体の気体分子運動論 | 理想気体の状態方程式 運動エネルギー、力積と運動量変化 エネルギー保存則 (教科書p.7-19) |
| 2. | 熱力学第1法則(1) ・ 熱力学第1法則と内部エネルギー ・ 状態量 | 熱力学第1法則 (教科書p.27-32) |
| 3. | 熱力学第1法則(2) ・ ゆっくり変化するときの仕事の計算 ・定積比熱と定圧比熱の定義 | 仕事の計算, logの微分積分計算 全微分と偏微分 (教科書p.32-38) |
| 4. | 熱力学第1法則(3) ・ 理想気体の比熱、マイヤーの関係式 ・ 理想気体の断熱過程 | 理想気体 (教科書p.38-42) |
| 5. | 熱力学第2法則(1) ・ カルノーサイクルとエントロピー | カルノーサイクル (教科書p.46-50) |
| 6. | 熱力学第2法則(2) ・ 可逆と不可逆 ・ 内部エネルギーとエントロピーのフロー図 ・ いろいろな熱機関の効率 | 熱機関と冷凍機 (教科書p.51-52) |
| 7. | 熱力学第2法則(3) ・ エントロピー増大の法則と不可逆性 ・ エントロピーの微視的意味 ・ 熱力学第3法則 | 熱伝導時のエントロピー変化 自由膨張 エントロピーを微視的に見る (教科書p.63-67) |
| 8. | 熱力学関数 ・ 自由エネルギーと熱力学的変化の方向 ・ 熱力学的恒等式 ・ 相と相平衡 | ヘルムホルツの自由エネルギー ギブスの自由エネルギー 化学ポテンシャル (教科書p.74-76, 82-83) |
| 9. | 古典統計力学 ・ 小正準集団(ミクロカノニカル)による定式化 ・ ボルツマンの等確率の原理 ・ 正準集団への拡張 | 小正準集団 (教科書p.108-113) |
| 10. | 正準集団の応用(1) ・ 2準位原子系 | 2準位原子系 (教科書p.141-143) 章末問題6.4 (教科書p.148-149) |
| 11. | 正準集団の応用(2) ・ 量子理想気体 | ガウスの積分公式 (教科書p.115-116) |
| 12. | 正準集団の応用(3) ・ ギブスのパラドックス ・ 古典理想気体 | ギブスのパラドックス (教科書p.134-136) |
| 13. | 正準集団の応用(4) ・ 古典調和振動子(固体比熱の古典模型) | 章末問題6.3 (教科書p.148) |
| 14. | 正準集団の応用(5) ・ 量子調和振動子(固体比熱のアインシュタイン模型) ・ 2重鎖DNAの解け | 章末問題6.5 (教科書p.149) |
| 15. | 熱統計力学のまとめと期末試験 | 1-14回までの講義内容のすべて |
| 1. | (D-1)基本的な物理現象を自然科学の原理から数学的に導くことができ，機械の設計や性能評価に必要な技術計算ならびに統計処理を正確に行うことができる． |
| 1. | (E)機械工学における基盤分野の理解に必要な基礎的な数学の知識と応用能力，実験・分析の遂行に必要な確率・統計，情報処理の基礎的な知識や自然現象を数学的にモデル化し，シミュレーションする基礎的な知識と応用能力を習得する （1） 基礎的な数学の知識 （2） 実験データの分析能力 （3） 情報リテラシの習得 （4） 自然現象をモデル化し，シミュレーションする能力 |
| 1. | （Ａ）確かな基礎と化学の専門知識に基づいて問題を解決する。 |
| 1. | C1:自然科学全般の基礎的な考え方を理解し、技術の基盤となる自然科学の原理を説明できる。 |
| 1. | (C)自然科学、数学、情報技術の知識を習得し、現象を論理的に考えて理解する能力を身につける。 |
| 1. | C:数学および自然科学などに関する工学基礎知識を習得し、土木工学分野において応用・利活用できる能力を身につける |
| ・ | 授業終了後適宜 |