2025年度 (最新) 学院等開講科目 理学院 地球惑星科学系
統計力学（地惑）
- 開講元
- 地球惑星科学系
- 担当教員
- 佐藤 文衛 / 中本 泰史
- 授業形態
- 講義/演習 (対面型)
- メディア利用科目
- -
- 曜日・時限
(講義室) - 月5-8 (石川台2号館 Ishikawadai Bldg. 2 318) / 木5-8 (石川台2号館 Ishikawadai Bldg. 2 318)
- クラス
- -
- 科目コード
- EPS.B332
- 単位数
- 220
- 開講時期
- 2025年度
- 開講クォーター
- 2Q
- シラバス更新日
- 2025年3月19日
- 使用言語
- 日本語
シラバス
授業の目的（ねらい）、概要
初学者向けに， 統計力学の基本的な考え方の理解をまず最初に目指す。熱力学の復習からはじめ, 古典的な気体分子運動論， 確率分布の考え方を導入し，統計集合を理解する。その後，標準的な小正準集合， 正準集合， 大正準集合を学び， 最後にいくつかの典型的な応用例を紹介する。原則として，授業1回あたり講義2時限, 演習2時限を行う。
到達目標
【到達目標】
地球惑星科学の勉強や研究において有用となる，地球惑星科学関連知識としての統計力学を修得することを目標とする。
キーワード
熱力学、気体分子運動論、小正準集合、正準集合、大正準集合、エントロピ−、自由エネルギ−、分配関数
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
授業の始めに前回のまとめを行い、途中で簡単な宿題を出して理解の助けにする。最後に全体のまとめを行う。
授業計画・課題
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 第1回 | 熱力学の復習 | 熱力学の基礎概念， Helmholtzの自由エネルギー， エントロピーなど |
| 第2回 | 気体分子運動論 (1) | 圧力， マクスウェル分布 |
| 第3回 | 気体分子運動論 (2) | 平均値， 衝突数, 平均自由行程, |
| 第4回 | 気体分子運動論 (3) | 地球惑星科学における応用例：固体微粒子に対するガス抵抗， 蒸発/凝縮， 同位体分別， 吸収線幅 |
| 第5回 | ミクロカノニカル統計（１） | 等重率の原理 |
| 第6回 | ミクロカノニカル統計（2） | ボルツマン公式 |
| 第7回 | ミクロカノニカル統計(3) | 応用： ゴム， 理想気体, 調和振動子 |
| 第8回 | カノニカル統計（1） | ミクロカノニカル統計からの導出、自由エネルギ− |
| 第9回 | カノニカル統計（2） | 分配関数、ボルツマン統計 |
| 第10回 | 量子統計 | ２準位系、３準位系 |
| 第11回 | 大カノニカル統計（１） | ボース統計、ボース凝縮 |
| 第12回 | 大カノニカル統計（２） | フェルミ統計、フェルミ縮退 |
| 第13回 | 統計力学の宇宙物理への応用 | 白色矮星、中性子星、チャンドラセカール限界 |
| 第14回 | 理解度確認 | 理解度確認 |
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）をそれぞれ本学の学修規程で定められた時間を目安に行う。
教科書
特になし
参考書、講義資料等
・「熱学・統計力学」， 久保亮五， 裳華房
・「熱力学： 現代的な視点から」， 田崎晴明， 培風館
成績評価の方法及び基準
宿題のレポート・演習課題への取り組み・小テスト（合わせて50％）と、第14回に実施する理解度確認（50％）の成績に基づいて評価する。
関連する科目
- EPS.B202 ： 熱力学（地惑）
- EPS.B331 ： 量子力学（地惑）
履修の条件・注意事項
なし
連絡先 (メール、電話番号) ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。
satobn[at]eps.sci.titech.ac.jp
nakamoto[at]eps.sci.titech.ac.jp