| 英文名 | Exercises in Thermal and Statistical Mechanics | |
|---|---|---|
| 科目概要 | 物理学科 ２年 ３群科目 必修 ２単位 後期 15 コマ 演習 週1コマ | |
| 科目責任者 | 三森 康義 | |
| 担当者 | 三森 康義、 西川 宜彦 | |
| 備考 | 科目ナンバリング：SP302-PA23 | |
熱統計力学Ｉの講義と連動し、自らの手で具体的な問題を解くことにより、熱統計力学の基本概念の理解を深める。
主に熱統計力学Ｉの講義内容に対応する、教科書レベルの基礎的な演習問題と発展問題を解く。
講義内容に対応する要項を整理し、演習教科書の問題を解き、レポート課題としてまとめて提出する。
| 回 | 項目 | 内容 | 担当者 |
|---|---|---|---|
| 1 | 熱力学の復習(1) | 内部エネルギーと比熱、ジュールの実験、ポアソンの式 | 三森 康義 西川 宜彦 |
| 2 | 熱力学の復習(2) | カルノーサイクル、エントロピー、クラウジウスの不等式とエントロピー増大則 | 三森 康義 西川 宜彦 |
| 3 | 気体分子運動論 | 気体分子運動論での比熱、エネルギー等分配則 | 西川 宜彦 |
| 4 | 量子気体 | ３次元箱中の粒子の波動関数とエネルギーとその状態密度 | 西川 宜彦 |
| 5 | 統計力学の基本原理（１） | アプリオリ確率の原理、ラグランジュの未定乗数法、スターリングの公式 | 西川 宜彦 |
| 6 | 統計力学の基本原理（２） | ボルツマン因子、分配関数と状態和、カノニカル集合 | 西川 宜彦 |
| 7 | 統計力学の基本原理（３） | 圧力とボイルシャルルの法則の導出 | 西川 宜彦 |
| 8 | 統計力学でのエントロピー | 状態数とボルツマンの関係式、平衡状態 | 西川 宜彦 |
| 9 | ルジャンドル変換とヘルムホルツの自由エネルギー | ルジャンドル変換、ヘルムホルツの自由エネルギー、ゴムの伸縮 | 西川 宜彦 |
| 10 | 温度とエントロピー、エネルギーの関係 | イジングモデル | 西川 宜彦 |
| 11 | 化学ポテンシャルとギブス和 | 化学ポテンシャル、ギブス和、大分配関数 | 西川 宜彦 |
| 12 | 量子統計力学の初等的取扱い（１） | フェルミ-ディラック統計 | 西川 宜彦 |
| 13 | 量子統計力学の初等的取扱い（２） | ボーズ‐アインシュタイン統計 | 西川 宜彦 |
| 14 | 量子統計力学の初等的取扱い（３） | フェルミ縮退とフェルミエネルギー、ボーズ-アインシュタイン凝縮 | 西川 宜彦 |
| 15 | まとめ | 全体の確認と復習 | 西川 宜彦 |
熱力学・統計力学の理解を深め、具体的な問題を解けるようになる。
演習課題（60%）およびレポート課題（40%）で評価する。欠席は減点する。
【授業時間外に必要な学習時間：１コマあたり 4 時間】
予習：対応する「熱統計力学Ｉ」の授業範囲を前もって教科書に目を通し、理解が困難な概念や計算を把握しておく。
復習：講義中に解けなかった問題とレポート課題について、教科書などを参考にしてもよいので、必ず独力で解くこと。
講義で扱った内容に関連する問題を自ら探し、解決すること。
三森康義：企業の研究・開発における熱統計力学の必要性・重要性について解説する。
物質科学Ⅰ、熱統計力学Ⅰ、熱統計力学Ⅱ
演習問題やレポート課題については解答例を配布する。特に、正答率の低かった問題や重要な点については講義内で解説を行う。
| 種別 | 書名 | 著者・編者 | 発行所 |
|---|---|---|---|
| 教科書 | (なし) | ||
| 参考書 | 熱・統計力学 | 戸田盛和 | 岩波書店 |
| 参考書 | キッテル熱物理学 | チャールズ・キッテル（山下次郎、福地充 訳） | 丸善 |
| 参考書 | 大学演習 熱学・統計力学 | 久保亮五 | 裳華房 |
| 参考書 | 統計力学 | 北原和夫、杉山忠男 | 講談社 |