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統計力学２

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令和２年度以降入学者 統計力学２
令和元年度以前入学者 統計力学２
教員名 石田浩
単位数    2 学年    3 開講区分 文理学部
科目群 物理学科
学期 後期 履修区分 必修
授業の形態 対面授業
BlackboardのコースID：20224454
授業概要 原子・分子などの運動を記述する微視的な物理法則（古典力学または量子力学）を用いて、物質を特徴づける巨視的な物理量（熱力学的にあらわれる種々の状態変数）を導き出す方法を学ぶ。
授業のねらい・到達目標 （授業のねらい）

「統計力学１」に続いて、原子・分子などの運動を記述する微視的な物理法則（古典力学または量子力学）を用いて、多数の原子・分子からできた物質を特徴づける巨視的な物理量（熱力学的にあらわれる種々の状態変数）を計算する方法を学ぶ。
（到達目標）

・平衡系の統計力学の基本原理について説明できる。具体的には
　(1) グランドカノニカル分布について説明できる。(A-3-3)
　(2) 大分配関数について説明できる。(A-3-3)
　(3) 相互作用のある系における相転移、臨界現象について説明できる。(A-3-3)

・平衡系の統計力学を、実際の巨視的な系に応用できる。(A-3-3)
　(1) 古典理想気体の性質を説明できる。(A-3-3)
　(2) 理想フェルミ気体の熱力学的性質を説明できる。(A-3-3)
　(3) 理想ボーズ気体の熱力学的性質を説明できる。(A-3-3)
　(4) 相転移、相図、臨界係数について説明できる。(A-3-3)
　(5) 平均場近似の範囲で、磁性体の相転移を説明できる。(A-3-3)

物事を既存の知識にとらわれることなく、科学的根拠に基づいて論理的・批判的に考察し、説明することができる。。(A-3-3)
この科目は文理学部（学士（理学））のDP3及びCP3に対応しています。
授業の方法 授業形式【講義】
教室での板書とスライドを組み合わせた通常の対面授業を行う。
場合によっては、オンデマンド型（授業テキストおよび音声ファイル配信）の遠隔授業を組み合わせる。
本授業の事前・事後学習は、各２時間の学習を目安とします。対面授業に参加できない場合は、BlackBoard上のテストおよび課題提出状況により評価します。
授業計画
1 「統計力学１」で学んだミクロカノニカル（小正準）分布とカノニカル（正準）分布の復習。(A-3-3)
【事前学習】ミクロカノニカル分布・カノニカル分布について復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】授業教材を見直して、授業の重要な点をノート等にまとめる。 （2時間）
2 化学ポテンシャルの復習、グランドカノニカル（大正準）分布の導出。(A-3-3)
【事前学習】２年次科目「熱力学」で化学ポテンシャルについて復習しておく。 （2時間）
【事後学習】授業教材を見直して、授業の重要な点をノート等にまとめる。 （2時間）
3 大分配関数と種々の熱力学的変数の関係の導出。(A-3-3)
【事前学習】前回の授業内容を復習して、関連する演習問題を解く。 （2時間）
【事後学習】授業教材を見直して、授業の重要な点をノート等にまとめる。 （2時間）
4 グランドカノニカル分布の応用：単原子分子理想気体。(A-3-3)
【事前学習】前回の授業内容を復習して、関連する演習問題を解く。 （2時間）
【事後学習】授業教材を見直して、授業の重要な点をノート等にまとめる。 （2時間）
5 グランドカノニカル分布の応用：ラングミューアの吸着式、化学反応の平衡式。(A-3-3)
【事前学習】前回の授業内容を復習して、関連する演習問題を解く。 （2時間）
【事後学習】授業教材を見直して、授業の重要な点をノート等にまとめる。 （2時間）
6 多粒子系の量子力学の復習、フェルミ統計とボーズ統計。(A-3-3)
【事前学習】前回の授業内容を復習して、関連する演習問題を解く。 （2時間）
【事後学習】授業教材を見直して、授業の重要な点をノート等にまとめる。 （2時間）
7 1次元、2次元、3次元自由フェルミ気体の状態密度。(A-3-3)
【事前学習】前回の授業内容を復習して、関連する演習問題を解く。 （2時間）
【事後学習】授業教材を見直して、授業の重要な点をノート等にまとめる。 （2時間）
8 金属（自由電子気体）の内部エネルギーと熱容量。(A-3-3)
【事前学習】前回の授業内容を復習して、関連する演習問題を解く。 （2時間）
【事後学習】授業教材を見直して、授業の重要な点をノート等にまとめる。 （2時間）
9 理想ボーズ気体 。(A-3-3)
【事前学習】前回の授業内容を復習して、関連する演習問題を解く。 （2時間）
【事後学習】授業教材を見直して、授業の重要な点をノート等にまとめる。 （2時間）
10 理想ボーズ気体のボーズ・アインシュタイン凝縮。(A-3-3)
【事前学習】前回の授業内容を復習して、関連する演習問題を解く。 （2時間）
【事後学習】授業教材を見直して、授業の重要な点をノート等にまとめる。 （2時間）
11 相互作用系の統計力学：相図と相転移。(A-3-3)
【事前学習】前回の授業内容を復習して、関連する演習問題を解く。 （2時間）
【事後学習】授業教材を見直して、授業の重要な点をノート等にまとめる。 （2時間）
12 相互作用系の統計力学：磁性体のイジング模型。(A-3-3)
【事前学習】前回の授業内容を復習して、関連する演習問題を解く。 （2時間）
【事後学習】授業教材を見直して、授業の重要な点をノート等にまとめる。 （2時間）
13 相互作用系の統計力学：平均場近似と磁性体の相転移、臨界係数。(A-3-3)
【事前学習】前回の授業内容を復習して、関連する演習問題を解く。 （2時間）
【事後学習】授業教材を見直して、授業の重要な点をノート等にまとめる。 （2時間）
14 期末テストと解説。(A-3-3)
【事前学習】これまでの13回の授業内容を復習して、関連する演習問題を解く。 （2時間）
【事後学習】授業教材を見直して、授業の重要な点をノート等にまとめる。 （2時間）
15 期末テストの解説、これまでの授業の復習と総括。(A-3-3)
【事前学習】前回の授業内容を復習して、関連する演習問題を解く。 （2時間）
【事後学習】授業教材を見直して、授業の重要な点をノート等にまとめる。 （2時間）
その他
教科書 なし
参考書 湯川諭  『統計力学 （物理学アドバンストシリーズ）』 日本評論社 2021年 第1版
松下貢 『統計力学入門 （物理学講義）』 裳華房 2019年 第1版
土井正男 『統計力学 （物理の考え方）』 朝倉書店 2006年 第1版
成績評価の方法及び基準 授業内テスト(100%)
対面授業に参加できない場合は、BlackBoard上のテストおよび課題提出状況により評価します。
オフィスアワー 授業内容に関する質問はメールまたは学科事務室で受け付けます。後者の場合は、時間を調整して、物理学科図書室または本館1階で応対します。対面実験授業の前後に設定できるようにします。対面授業に参加できない場合は、zoom等によりオンラインで対応します。

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