- 学部・研究科
Faculty/Graduate School - シ
- 時間割コード
Course Code - 62131
- 科目名
Course title
サブテーマ
Subtitle - 統計力学１
- 授業形態/単位
Term/Credits - クラス
Class -
- 春/2
- 担任者名
Instructor - 和田 隆宏
- 曜限
Day/Period - 火4
- 授業概要
Course Description
到達目標
Course Objectives -
授業種別 / Teaching Types
講義（対面型）
言語 / Language
日本語(Japanese)
授業概要 / Course Description
「熱力学」は物質の熱的な性質を巨視的な視点で記述する理論であるが、「統計力学」は物質の熱的性質をその構成分子、原子といった微視的(ミクロ)なレベルから記述する理論である。本講義では「熱・統計力学」で学んだ知識を基本にして、物理系の熱力学的平衡状態の性質をミクロスケールから記述する方法について学ぶ。高校で学んだ気体分子運動論から始めて、古典統計力学、さらに量子論的統計力学に進む。統計力学の考え方は確率論を基盤としているので、高等学校で修得する「確率・統計」の初等的知識があることが前提である。
「量子力学・統計力学演習1」も履修し、演習問題に取り組むことが望ましい。また、統計力学の現実的な応用分野は物性物理学である。従って「統計力学2」、「物性物理A,B,C」を併せて受講することを勧める。到達目標 / Course Objectives
本講義の達成目標は以下の①～⑤である。
①統計力学の考え方が理解できる
②解析力学と相空間の考え方に基づき、物理系を理解できる。
③小正準集合の考え方を理解し、エントロピー、状態和、熱力学観測量の計算とそれらの解釈ができる
④正準集合の考え方を理解し、状態和、熱力学的観測量の計算と解釈ができる
⑤統計力学的な視点を身につけ、それに基づいて様々な事象を解釈できる。
本講義での学習活動を通し、ディプロマポリシー1(DP1)に掲げる「学問と実践との融合の精神に基づき、幅広い人間力を基盤として、ものごとを分析し、その結果を表現するための物理学に関する専門知識・技能を修得しそれを実践できる」を達成することを目標としている。授業手法 / Teaching Methods
・教員による資料等を用いた説明や課題等へのフィードバック
・学生による学習のふりかえり
・学生同士の意見交換（グループ・ペアワーク、ディスカッション、ディベート等含む）
- 授業計画
Course Content -
授業計画 / Course Content
講義テーマとしては以下を予定している。(テーマ番号は必ずしも講義番号とは一致しない)
1. 気体の分子運動論
2. 確率論と統計データの取り扱いについての復習
3. 相空間、リュウビルの定理、断熱定理
4. エルゴードの仮定、統計力学の考え方
5. 状態数、状態密度とエントロピー
6. ミクロカノニカル集団
7. 古典的自由分子、マクスウェル・ボルツマン分布
8. カノニカル集団、分配関数
9. 分配関数と種々の熱力学関数
10. 古典的理想系の取り扱い(1)：自由分子
11. 古典的理想系の取り扱い(2)：調和振動子
12. 量子系の分配関数計算(1):調和振動子
13. 量子系の分配関数計算(2):二準位系
14. 統計力学に関する話題
15. 講義のまとめ、到達度の確認授業時間外学習 / Expected work outside of class
授業資料、教科書、ノートを読み返し、授業内容の理解に努めるよう復習をすること。
また、同時に開講される「量子力学・統計力学演習1」も同時に履修して演習にも取り組むことを勧める。
- 成績評価の方法・基準・評価
Grading Policies /
Evaluation Criteria -
方法 / Grading Policies
定期試験を行わず、到達度の確認(筆記による学力確認)と平常成績で総合評価する。
筆記による学力確認(60%)と平常成績(40%、小テスト、課題レポートなど）
履修者数が多数になった場合には、成績評価方法を「定期試験（16週目）」に変更することがあります。
成績評価方法が変更になった場合は、インフォメーションシステム等で連絡します。基準・評価 / Evaluation Criteria・Assessment Policy
①知識・技能の観点
小テスト、課題レポート、筆記テスト
総合評価で100点満点の60点以上を取ることが合格の条件である
- 教科書
Textbooks 長岡洋介 統計力学（岩波基礎物理シリーズ７） 岩波書店
戸田盛和 熱・統計力学(物理入門コース7) 岩波書店
第1回目の講義時に教科書、参考書のガイダンスを行う。
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参考書
References 久保亮五編 大学演習「熱学・統計力学」修正版 裳華房 熱統計に関する標準的な演習書。大学院進学予定者はBランクまでは解いておく必要があるだろう。
原島鮮 熱力学・統計力学 培風館 論理展開自身は教科書1に類似しているが、アンサンブルの考え方がより明快に書かれている。
中村伝 統計力学（物理テキストシリーズ） 岩波書店 統計力学の一通りの内容がコンパクトにまとめられている。ただし、その分説明や論理展開にやや行間がある。
- フィードバックの方法
Feedback Method 必要な場合はLMSを用いてフィードバックする。
- 担任者への問合せ方法
Instructor Contact オフィスアワー
授業終了時に随時受付を行う。
また、関大LMSのメッセージシステムを活用してください。
- 備考
Other Comments 統計力学では、確率論を多く用いるので、高校や大学で学んだ数学についてよく復習しておくこと。
古典論と量子論をつなぐのにも大きな役割を果たし、物理学の様々な分野で使われる共通の考え方なので、ぜひ修得してほしい。