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熱統計物理学  [Thermostatistical Physics]

開講情報
1年次 後期 1単位 必修
担当教員
教授 土井 勝    
備考
授業の目的と概要
 私たちが認識できる程度の大きさの物質(気体、液体、固体など)は、莫大な数の粒子(原子、分子、電子など)の集まりである。取り扱う対象が非常に多くの粒子の集合体である場合に、1つ1つの構成粒子の運動は複雑で、粒子の運動を追跡し、それによって物質の状態を記述することは不可能である。このようなとき、個々の粒子の運動に立ち入らず、粒子の集合体が示す温度、圧力、体積、物質量、エネルギーなどの巨視的な物理量を用いて物質を記述し、これらの間に成り立つ関係を追求する。このような取り扱い方法を「熱力学」という。また、構成粒子の運動から熱力学を基礎づけるのが「統計力学」である。
 熱力学と統計力学は粒子の集合体の取り扱い方法を提供するものであるから、それについての理解は、化学を始め、広い分野に欠かすことができない。熱力学と統計力学の考え方と基礎的事項をわかりやすく解説し、引き続いて履修する専門科目への橋渡しとしたい。
授業の方法
熱力学は、経験的な事実を原理として、その上に組み立てられた精緻な論理体系であるが、身近な現象を対象としながら、一般に、わかりにくいと受け取られている。授業では「やさしく、ゆっくり、ていねいに」解説する。
成績評価法
出席状況と試験の成績を総合して評価する。
教科書
書名 著者名 出版社名
『物理学入門』 土井 勝 日科技連出版社
参考書
書名 著者名 出版社名
『ゼロからの熱力学と統計力学』 和達三樹、十河 清、出口哲夫 岩波書店
授業計画
項目 授業内容
1 熱現象の記述 微視的量と巨視的量、温度と熱、熱容量と比熱
2 状態量と状態方程式 状態量、理想気体の状態方程式、準静的変化
3 熱力学第1法則 気体がする仕事、内部エネルギー、第1法則の表現
4 比熱の理論 定積比熱と定圧比熱、ジュールの法則
5 サイクル 断熱過程と等温過程、カルノーサイクル
6 熱力学第2法則 可逆過程と不可逆過程、第2法則の表現
7 熱機関 熱機関、カルノーの定理、熱力学的温度目盛り
8 エントロピー クラウジウスの不等式、エントロピー
9 熱力学ポテンシャル 自由エネルギー、ルジャンドル変換
10 化学への応用 気体反応、希薄溶液、相律
11 分子運動論 絶対温度の意味、現実気体の状態方程式
12 マクスウェル分布 速度の分布則、ボルツマンの原理、小正準集団
13 熱力学第3法則 ネルンストの定理、エントロピー定数
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