2024年度 学院等開講科目 環境・社会理工学院 融合理工学系
材料・物性工学基礎 J
- 開講元
- 融合理工学系
- 担当教員
- 髙橋 邦夫 / 大友 順一郎
- 授業形態
- 講義 (対面型)
- メディア利用科目
- -
- 曜日・時限
(講義室) - 火1-2 (S3-215(S321)) / 金1-2 (S3-215(S321))
- クラス
- J
- 科目コード
- TSE.A201
- 単位数
- 200
- 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
原子間相互作用の量子力学（化学）および統計熱力学の基本を説明し，金属材料，半導体，絶縁体，高分子，コンクリート，土質，等々…さまざまな物質の性質が具現化する理由を体系的に理解させる．
到達目標
工業材料の物性の決定に必須となる材料内部の原子/分子間の相互作用に関する基礎知識を得ることにより，材料の物性の選定に対するこれらの知識の適用，いかにそのような物性の材料を扱うかの理解，およびどのようなプロセスがエンジニアリングデザインの要求を満足するかの決定ができるようになる。
実務経験のある教員等による授業科目等
実務経験と講義内容との関連 (又は実践的教育内容)
クロス教授は、日本企業での研究者としての経験もある
キーワード
量子力学、統計（熱）力学、材料物性
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
原理（自然法則）に基づく材料物性の発現メカニズムの理解に重点を置く．そのため，講義の初めの演習を行い，前回講義の内容の理解を確認した上で，それに基づく論理を展開する形式で講義を行う．講義中の論理の理解が重要になる．
授業計画・課題
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 第1回 | 量子力学の基礎 | シュレーディンガー方程式の自然科学における位置づけと演算子，固有値，波動関数の意味を理解し，量子力学を応用できるようになる |
| 第2回 | 孤立水素原子 | 孤立水素原子に対するシュレーディンガー方程式の厳密解を理解する．輝線スペクトル等の発現メカニズムを理解できるようになる |
| 第3回 | 原子における電子配置とスペクトル | 孤立中性原子に対する近似解に基づき，電子配置と物質の状態の関係，元素分析が可能になることを理解できるようになる |
| 第4回 | 原子間結合（量子化学）の基礎 | LCAO近似に基づいて，水素分子イオンおよび異核2原子分子1電子イオンの近似解が得られるようになる |
| 第5回 | 原子間結合状態に基づく物質の包括的な理解 | LCAO近似に基づき，イオン結合，共有結合，金属結合，物質の原子間結合状態と特徴を包括的に理解できるようになる |
| 第6回 | 物質（分子）の構造と性質（化学的性質）（2原子分子，有機分子，無機分子） | 分子の構造と反応性等化学的な性質が発現する理由を包括的に理解できるようになる |
| 第7回 | 物質（分子）の構造と性質（電気的性質）（導体，半導体，絶縁体） | 電気的な性質が発現する理由を理解できるようになる |
| 第8回 | 物質（分子）の構造と性質（力学的性質）（転位の移動度） | 機械的な性質が発現する理由を理解できるようになる |
| 第9回 | 統計熱力学の基礎（温度の定義，平衡の意味） | 温度の定義と平衡の物理的意味を理解できるようになる |
| 第10回 | 統計熱力学の基礎（自由エネルギーの定義，エントロピーの意味） | 自由エネルギーの定義とエントロピーの物理的意味を理解できるようになる |
| 第11回 | 統計熱力学の基礎（分子運動論（１）マクスウェル分布とボルツマン分布） | マクスウェル分布とボルツマン分布について学び、分子の状態の概念について理解できるようになる。 |
| 第12回 | 統計熱力学の基礎（分子運動論（2）分子の運動と分配関数） | 分子の運動について学び、分配関数について理解できるようになる。 |
| 第13回 | 統計熱力学の基礎（分子運動論（3）正準集合と熱力学） | 分配関数や正準集合と熱力学の関係について学び、物質の熱的性質の発現メカニズムについて理解できるようになる。 |
| 第14回 | 状態の遷移 | 反応速度論と化学反応論について学び、化学反応における状態の遷移の取り扱い⽅を理解できるようになる。 |
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
資料を配布するので，特に無し
参考書、講義資料等
Callister, W.D. "Materials Science and Engineering: An Introduction", John Wiley and Sons, Inc.
Smith, W. F., " Foundations of Materials Science and Engineering", 4th edition, McGraw-Hill. (2006)
Atkins, P., Paula, J. D., "Physical Chemistry", 9th edition, W. H. Freeman and Company. (2010)
成績評価の方法及び基準
不定期に行う演習および期末試験により講義の理解度を評価し成績とする
関連する科目
- TSE.A204 熱力学基礎
- TSE.A233 ： 工学計測基礎第二
- TSE.A321 ： 実用材料の冶金学基礎
- TSE.M201 ： 常微分方程式と物理現象
- TSE.M202 ： 偏微分方程式と物理現象
履修の条件・注意事項
常微分および偏微分方程式の基礎知識