2024年度学院等開講科目物質理工学院応用化学系

物理化学４（統計力学） A

開講元: 応用化学系
担当教員: 中嶋健
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 金3-4 (M-157(H1102))
クラス: A
科目コード: CAP.H204
単位数: 100
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 4Q
シラバス更新日: 2025年3月17日
使用言語: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

　本講義では、材料科学の基盤である統計力学について学びます。統計力学は原子や分子などの微視的な系の振る舞いが、集団として巨視的に観察された場合にどのような法則として映し出されるのかということをテーマとしています。標準的な統計力学の基礎を学びながら自然と材料科学の基盤知識を修得することを目的とします。
　本講義の履修により、材料科学の基盤である統計力学の基礎について理解するとともに、得られた知識がどのように材料科学に活用されるのかを橋渡しすることを目指します。

到達目標

本講義を履修することによって次の能力を習得する。
1) 小正準・正準・大正準集合、分配関数といった統計力学の基礎概念について説明できる。
2) 授業の各回で課される演習問題によって、上記の概念についての具体的な問題を解くことができる。

キーワード

小正準集合、正準集合、大正準集合、分配関数、エントロピー、自由エネルギー、化学平衡、平均場近似

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

講義内容は、板書と液晶プロジェクターを利用したスライドを並行して利用して、講義形式で行います。講義中に、講義内容に関する演習問題にも取り組んでもらいます。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	数学的準備（確率・統計の基礎）	統計力学を学ぶために必要な、確率論などの数学的準備を行います。
第2回	小正準集団	小正準集団の方法について学び、温度の統計力学的意味を理解します。
第3回	内部エネルギーとエントロピー	小正準集合の方法に基づき、内部エネルギーやエントロピーの統計力学的意味を学びます。
第4回	正準集団と熱力学ポテンシャル	正準集団の方法について学び、分配関数およびその熱力学的諸量との関係について理解します。
第5回	化学ポテンシャルと化学平衡	化学ポテンシャルの概念と化学平衡の統計力学的解釈について学びます。
第6回	相互作用のある系	Ising model and several approximation methods such as mean-field theory will be reviewed to treat interacting systems.
第7回	理解度確認のための演習と解説	第1〜6回の講義内容を正確に理解し，演習問題に解答できるようにします。

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

アトキンス「物理化学（下）第１０版」東京化学同人（2017）

参考書、講義資料等

必要に応じて講義の中で紹介する。

成績評価の方法及び基準

期末試験による。演習問題を課題として、その成績を参考にする場合もある。

履修の条件・注意事項

履修の条件は設けないが、初等的な熱力学の知識をもっていることが望ましい

連絡先 (メール、電話番号) ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。

knakaji[at]mac.titech.ac.jp

オフィスアワー

メールで事前予約すること

その他

クラス１，２の学生は【A】クラスを、クラス３，４の学生は【B】クラスを履修選択してください。