熱・統計力学Ⅰ
 Statistical and Thermal Phyiscs
 担当教員:富田 憲一(TOMITA Norikazu)
 担当教員の所属:理学部物理学科
 開講学年:3年  開講学期:前期  単位数:2単位  開講形態:講義
 開講対象:物理学科  科目区分:必修科目 
【授業の目的】
膨大な数の粒子を統計的に扱うことで普遍的な法則を導く。
目に見える物質は、アボガドロ数程度の粒子によって構成されているが、これらの数の粒子を厳密に取り扱うことは(現時点では)不可能である。一方、取り扱う粒子の数が大きいと言うことは、統計母集団としては理想的で、相対誤差は限りなくゼロに近づく。本講義ではこうした統計的な扱いを習得し、多粒子系について成り立つ普遍的な法則を理解することが目的である。

【授業の到達目標】
多粒子系の統計的な取り扱いができるようになる。具体的には
○酔歩を例に大きな数Nに対する確率分布を理解する。○多粒子系に応用できるようにする。○巨視的な系の間の相互作用とエネルギーの保存について理解する。○統計力学と熱力学の関係について理解する。○温度の概念について理解する。
などのことを目標とする。

【授業概要(キーワード)】
確率、統計、平衡、温度、エントロピー

【科目の位置付け】
基礎的な物理学の知識を習得し、それを問題解決に応用しうる能力の獲得を目指した科目。自然現象を記述する上で不可欠な基礎物理学の1つ。特に、物理的、化学的に重要な物質の基本的な法則を理解し、テクノロジーの発展へと繋げて行く上で習得する必要のある科目。

【授業計画】
・授業の方法
パワーポイントを用いた講義形式。時々レポートを出す可能性あり。
・日程
1.統計的方法への入門・酔歩の問題と二項分布・酔歩の問題の一般的考察
2.粒子系の統計的記述
・力学の問題の統計的定式化・巨視的な系の間の相互作用
3.統計熱力学
・非可逆性と平衡の達成・巨視的な系の間の熱的相互作用・巨視的な系の間の一般的な相互作用
4.巨視的パラメーターとその測定
・仕事と内部エネルギー・熱・絶対温度・熱容量と比熱・エントロピー・示量変数と示強変数
5.巨視的熱力学の簡単な応用
・理想気体の性質・均一な物質に対する一般式・自由膨張と細孔通過の過程・熱機関と冷却機関
6.統計力学の基本的方法とその諸結果

以上を15回に分けて学習する。

【学習の方法】
・受講のあり方
理解できない時は積極的に質問する。講義ノートをしっかり作る。
・授業時間外学習へのアドバイス
○復習をすること。○不明な点は、まずは自力で、次に友人先輩と、そして教員と議論すること。○この講義はライフの教科書に基づいていますので、予習をしてくると理解が深まります。

【成績の評価】
・基準
多粒子系の統計的扱いと熱力学の基本を理解すること。具体的には
○統計の概念を理解する。○多粒子系に統計を適用する意味を理解する。○巨視的な系に統計を適用した結果について、きちんと導出できるようにする。
これらを理解できれば合格です。
・方法
基本的には試験で評価します。

【テキスト・参考書】
この講義はライフの統計熱力学の基礎に基づいて行われます。

【その他】
・学生へのメッセージ
難解な数学は一切出てきません。そのかわり頭の柔軟性と理解力を問われます。物理的な直観を鍛えて行きましょう。
・オフィス・アワー
火曜日の12時~13時(原則いつでも対応可)

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