| 授業の概要 | | 化学が取り扱う「物質」は原子や分子がアボガドロ数程度集合した体系である。このような多数個の分子の集団では、個々の分子固有の性質以外に、多数個集合することによってはじめて発現する性質がある。このような多数分子系の性質は一つには「熱力学」の考えによって説明されるが、実はそれだけでは化学的なイメージ、分子論的なイメージに欠けてしまう（例えば『内部エネルギー』とは何のエネルギーのことか？『エントロピー』とは一体何のことか？）。本講義で履修する「統計力学」の論理は、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してくれる。それによって『エントロピー』『内部エネルギー』といった熱力学関数の意味がはじめて具体的にイメージできるようになるのである。 |
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| 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。 |
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| 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 |
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| 授業計画 | 以下の項目を講義する。
（１）エントロピーのボルツマンの定義とその意味
（２）熱力学的エントロピー（通論で学習した定義）とボルツマンのエントロピーとの等価性
（３）ボルツマンの確率分布則
（４）分子のエネルギー・分子間力
（５）速度空間・位相空間について
（６）分配関数について
（７）正準集団について
（８）熱力学第３法則の意味
（９）熱力学第２法則の意味
（１０）自由エネルギーの意味と自発変化・平衡についての解釈
（１１）分子の自由度とエネルギー等分配の法則
（１２）気体分子運動論
（１３）マックスウェル‐ボルツマン速度分布
（１４）量子論に従う体系の場合について
（１５）フェルミ統計・ボーズ統計 |
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| 教科書 | | 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 |
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| 参考書 | | 1. | 熱・統計力学（物理入門コース７） 戸田盛和 岩波書店 | | 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 |
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| 成績評価方法 | | 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。 |
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成績評価割合
（％） | | 定期試験(中間・期末試験) | 小テスト・授業内レポート | 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 | ５ | | | | | |
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※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Ａ群）。教科書はアトキンス第８版を用いるが第６版でもよい。テキストには１年次の「基礎化学１」で用いた教科書(戸田盛和)の後半もあわせて用いる。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。 |
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| 更新日付 | 2009/12/19 17:36:45 |
