熱・統計物理学応用

なし

非常に沢山の粒子からなる系の運動は、個々の粒子に「量子力学」や「電磁気学」を適用して得られるはずであり、また全体の性質は熱力学によって記述されている。物理学の基本法則である量子力学と電磁気学を多数の系や自由度からなる現実の系に適用し、熱力学的法則を導くことを可能にするのが統計熱力学である。現代の高度科学技術のすべての分野で統計力学的知識、熱力学的知識は必要となる。基礎科目として学んだ熱物理学は古典力学に基づいているが、量子力学的に考察するとエントロピー等の概念等がずっとわかりやすくなる事を理解すること。 熱・統計物理学応用では、熱・統計物理学基礎では扱わなかった応用的な項目の講義と演習により、応用温度・エントロピーの定義、ボルツマン因子の意味、フェルミ粒子とボーズ粒子の区別を理解し、基本的な問題について理解し、それらを応用出来るようになることを目標とする。

微分積分学、線形代数、解析力学、波動と光、電磁気学、化学熱力学

数学演習、応用数理解析、電磁気学演習、関数論、熱・統計物理学基礎、量子力学

教科書:長岡洋介著 「統計力学」 岩波物理学シリーズ7 (岩波書店)
参考書:キッテル著 「熱物理学」 (丸善)
久保亮五騙 「大学演習 熱学・統計力学」 (裳華房)

同じ学期に開講する熱・統計物理学基礎の講義と並行して行います。
学籍番号が奇数の学生向けクラスです。
次の順で行います。

1ガイダンス、確率分布
2ミクロカノニカル分布(2準位系)
3ミクロカノニカル分布(調和振動子)
4ミクロカノニカル分布(理想気体)
5カノニカル分布(2準位系)
6カノニカル分布(調和振動子、理想気体)
7古典との対応(調和振動子、2原子分子)
8電磁波、プランクの公式
9固体比熱、デバイの公式
10中間試験とその解説
11グランドカノニカル分布、大分配関数と化学ポテンシャル
12ボーズ粒子、フェルミ粒子
13フェルミ分布関数
14ボーズ分布関数
15まとめ、Q and A
期末試験

熱・統計物理学基礎とペアで授業を進めます。毎回小テストがありますので、よく復習してください。

成績評価方法および評価基準(最低達成基準を含む)
評価方法:講義の中で行う小テストと中間試験と期末試験により評価します。
評価基準:次の5点が合格となる基準です。
1) 等確率の原理とエントロピーの定義を説明できること
2)ボルツマン因子の物理的な意味を理解し説明できること
3)簡単な系(理想気体, 2準位系, 調和振動子)について分配関数を求め、
エネルギー等の物理量を求めることができること
4)開いた系と化学ポテンシャルの意味を説明できること
5)フェルミ粒子とボーズ粒子の相違を説明できること

適宜対応します。

演習問題を自分の手で解くことで、理解が進みます。実践的な問題解決能力が身に付きます。

連絡事項はUEC学生ポータルへ掲載しますので, 随時確認してください。