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統計力学２演習

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令和２年度以降入学者 統計力学２演習
令和元年度以前入学者 統計力学２演習
教員名 石田浩
単位数    1 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：20224455
授業概要 演習問題を授業中に自分で解くことにより、「統計力学１」で学んだ統計力学の原理をより深く修得するとともに、実際の問題に適用する技術を修得する。
授業のねらい・到達目標 （授業のねらい）

「統計力学１演習」に続いて、演習問題を解くことにより、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-4-3)
　(2) 大分配関数について説明できる。(A-4-3)
　(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-4-3)

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

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-4-3)
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 授業の形式【演習】
演習問題を配布して、授業時間内に自分で解答をつくる。模範解答を示すだけでなく、受講者が解答を黒板で発表することもある。
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。
また、毎回、授業内容についての小テストを実施する。教室で授業時間が足りない場合は、小テストはBlackBoard上で実施する。
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を提出する。
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）分布に関する演習。(A-4-3)
【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）分布に関する演習。(A-4-3)
【事前学習】前回の演習問題を解きなおして、別の解法がないか考える。 （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に関する演習。(A-4-3)
【事前学習】前回の演習問題を解きなおして、別の解法がないか考える。 （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：単原子理想気体に関する演習。(A-4-3)
【事前学習】前回の演習問題を解きなおして、別の解法がないか考える。 （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、化学反応の平衡式に関する演習。(A-4-3)
【事前学習】前回の演習問題を解きなおして、別の解法がないか考える。 （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に関する演習。(A-4-3)
【事前学習】前回の演習問題を解きなおして、別の解法がないか考える。 （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に関する演習。(A-4-3)
【事前学習】前回の演習問題を解きなおして、別の解法がないか考える。 （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、熱容量に関する演習。(A-4-3)
【事前学習】前回の演習問題を解きなおして、別の解法がないか考える。 （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 理想ボーズ気体に関する演習。(A-4-3)
【事前学習】前回の演習問題を解きなおして、別の解法がないか考える。 （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に関する演習 。(A-4-3)
【事前学習】前回の演習問題を解きなおして、別の解法がないか考える。 （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：相図と相転移に関する演習。(A-4-3)
【事前学習】前回の演習問題を解きなおして、別の解法がないか考える。 （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：1次元イジング模型に関する演習。(A-4-3)
【事前学習】前回の演習問題を解きなおして、別の解法がないか考える。 （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に関する演習。(A-4-3)
【事前学習】前回の演習問題を解きなおして、別の解法がないか考える。 （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 相互作用系の統計力学：相転移と臨界係数に関する演習。(A-4-3)
【事前学習】前回の演習問題を解きなおして、別の解法がないか考える。 （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 これまでの演習授業の復習と総括。(A-4-3)
【事前学習】これまでの演習問題を見直して、整理する。 （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 石原純夫・泉田渉 『量子統計力学 （フロー式物理演習シリーズ）』 共立出版 2014年 第1版
成績評価の方法及び基準 授業内テスト:毎回行う小テスト(80%)、授業参画度:黒板での発表(20%)
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およびテストの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。

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