講義コード3311800
開設科目名化学統計力学
担当教員衣川 健一
教員所属理学部
開講期・曜日・時限・教室前期 金曜日 3・4時限 A202
授業方法講義
対象学生3回生
単位数2
週時間2


授業概要
多数個の分子の集団の性質は「熱力学」の考えによって説明されるが、それだけでは分子論的なイメージに欠けてしまう。しかし、本科目で学ぶ「統計力学」は1個1個の分子の性質と多数個の分子集団の性質を結びつけ、熱力学的性質という「巨視的な」性質が現れる成り立ちをわかりやすく説明する。その論理を講義する。
学習・教育目標
内部エネルギー、エントロピーといった「巨視的な」熱力学量(それらはいつも多数個の分子の集団に対して述べられる)が、「微視的な」分子レベルに基づいた具体的なイメージとリンクするような理解を目指す。
キーワード
統計力学、熱力学量、アンサンブル、ボルツマン分布、分配関数
授業計画
以下の項目を講義する。
第1回 分子のエネルギー・分子間力 (事前学習:不要 事後学習:教科書該当箇所を調べておく)
第2回 分子のエネルギーと配置の数 (事前学習:不要 事後学習:教科書・参考書該当箇所を見ておく)
第3回 ラグランジュの未定乗数法によるボルツマン分布の導出(事前学習:不要 事後学習:講義ノートの式を自分で導出しなおす)
第4回 ボルツマン分布の意味 (事前学習:不要 事後学習:講義ノートの式を自分で導出しなおし、物理的意味を考える)
第5回 確率分布と期待値・熱力学的観測量 (事前学習:不要 事後学習:講義ノートの式を自分で導出しなおし、物理的意味を考える)
第6回 マックスウェル-ボルツマン速度分布則と平均運動エネルギー (事前学習:不要 事後学習:講義ノートの式を自分で導出しなおし、物理的意味を考える)
第7回 調和振動子と結晶の格子振動の平均エネルギー (事前学習:不要 事後学習:講義ノートの式を自分で導出しなおし、物理的意味を考える。この頃に配布するプリントの練習問題を解いてゆく)
第8回 デュロン・プティの法則 (事前学習:不要 事後学習:講義ノートの式を自分で導出しなおし、教科書・参考書を参照して物理的意味を考える。プリントの練習問題を解いてゆく)
第9回 分子の自由度と平均のエネルギー、エネルギー等分配の法則  (事前学習:不要 事後学習:講義ノートの式を自分で導出しなおし、教科書・参考書を参照して物理的意味を考える。プリントの練習問題を解いてゆく)
第10回 エントロピーのボルツマンの定義とその意味 (事前学習:不要 事後学習:講義ノートの式を自分で導出しなおし、教科書・参考書を参照して物理的意味を考える。プリントの練習問題を解いてゆく)
第11回 熱力学第3法則  (事前学習:不要 事後学習:講義ノートの式を自分で導出しなおし、教科書・参考書を参照して物理的意味を考える。プリントの練習問題を解いてゆく)
第12回 ミクロカノニカル・アンサンブルとカノニカル・アンサンブル  (事前学習:不要 事後学習:講義ノートの式を自分で導出しなおし、教科書・参考書を参照して物理的意味を考える。プリントの練習問題を解いてゆく)
第13回 分配関数の評価と熱力学諸量の導出  (事前学習:不要 事後学習:講義ノートの式を自分で導出しなおし、教科書の式を導出する。プリントの練習問題を解いてゆく)
第14回 自由エネルギーと自発変化・平衡の解釈(1) (事前学習:不要 事後学習:講義ノートの式を自分で導出しなおし、教科書・参考書を参照して物理的意味を考える。プリントの練習問題を解いてゆく)
第15回 自由エネルギーと自発変化・平衡の解釈(2) (事前学習:不要 事後学習:講義ノートの式を自分で導出しなおし、教科書・参考書を参照して知識を深める。プリントの練習問題を解いてゆく)
教科書
No書籍名著者出版社出版年ISBN
1.『物理化学 第8版(下)16-17章、21章-1』アトキンス東京化学同人2009978-4-8079-0696-3
参考書
No書籍名著者名出版社出版年ISBN
1.『熱・統計力学(物理入門コース7)』戸田盛和岩波書店4-00-007647-7
2.『物理化学』マッカーリ・サイモン東京化学同人
3.『熱力学・統計力学』原島鮮培風館4563021393
成績評価
の方法
統計力学の『論理の理解』とそれを使って『基本的な計算ができる』ことを問う。暗記は無用なことである。筆記試験を重視する。
成績評価割合
(%)
定期試験(期末試験)授業内試験等宿題・授業外レポート授業態度・授業への参加度受講者の発表(プレゼン)
出席
教員独自項目※
95
※成績評価
割合の教員独自項目
備考
化学科物理化学系講義科目(選択科目)。教科書は主としてアトキンス第8版を用いるが、2年次の「物理化学通論Ⅰb」で用いた教科書(戸田盛和著)の後半も必要に応じて用いる。なお本科目は、数学の「統計学」とは関係ない。講義は板書中心で行う。毎回復習して、自分でペンを動かして紙に式を導出し直すことと、概念の意味が理解できるまで反復して考え続けるようにされたい。講義の中ほどで練習問題とまとめのプリントを配布する。それを毎回の復習に使用されたい。
更新日付2014/12/26 16:27:05