| 教授 | 中村統太 |  |
| 教授 | 鈴木栄男 | |
| 教授 | 高河原俊秀 | |
| 准教授 | 富田裕介 | |
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,熱力学第1法則(1) ・ 温度と熱の定義 ・ 熱力学第1法則と内部エネルギー | 理想気体の状態方程式 エネルギー保存則 熱力学第1法則 (教科書p.7-31) |
| 2. | 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 | 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) |
| 3. | 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) |
| 4. | 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) |
| 5. | 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) |
| 6. | 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) |
| 7. | 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) |
| 8. | 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) |
| 9. | 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) |
| 10. | 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) |
| 11. | 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) |
| 12. | 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) |
| 13. | 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) |
| 14. | 全体を通しての復習および発展的内容など | これまでの授業内容 |
| 15. | 期末試験 熱統計力学とは何だろうか？ | 1-14回までの講義内容のすべて |
| ・ | 授業終了後適宜 |
| ・ | 知識活用力を育成する科目 |