理工学部Faculty of Science and Engineering
MEC200XG(機械工学 / Mechanical engineering 200)物理学基礎Ⅴ(熱統計力学Ⅰ)Thermodynamics and Statistical Mechanics I
梶田 雅稔Masatoshi KAJITA
授業コードなどClass code etc
学部・研究科Faculty/Graduate school | 理工学部Faculty of Science and Engineering |
添付ファイル名Attached documents | |
年度Year | 2024 |
授業コードClass code | H9353 |
旧授業コードPrevious Class code | |
旧科目名Previous Class title | |
開講時期Term | 秋学期授業/Fall |
曜日・時限Day/Period | 月2/Mon.2 |
科目種別Class Type | |
キャンパスCampus | 小金井 |
教室名称Classroom name | 小西館‐W306 |
配当年次Grade | 2年 |
単位数Credit(s) | |
備考(履修条件等)Notes | |
他学部公開科目Open Program | |
他学部公開(履修条件等)Open Program (Notes) | |
グローバル・オープン科目Global Open Program | |
成績優秀者の他学部科目履修制度対象Interdepartmental class taking system for Academic Achievers | |
成績優秀者の他学部科目履修(履修条件等)Interdepartmental class taking system for Academic Achievers (Notes) | |
実務経験のある教員による授業科目Class taught by instructors with practical experience | |
SDGsCPSDGs CP | ○ |
アーバンデザインCPUrban Design CP | |
ダイバーシティCPDiversity CP | |
未来教室CPLearning for the Future CP | |
カーボンニュートラルCPCarbon Neutral CP | ○ |
千代田コンソ単位互換提供(他大学向け)Chiyoda Campus Consortium | |
カテゴリー<理工学部>Category |
創生科学科 学科専門科目 |
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Outline (in English)
This course deals with the very beginning of thermodynamics and statistical mechanics. The topics covered by this course include the thermal phenomena, the formalism of thermodynamics, the statistical mechanics from behaviors of micro gas particles, etc. The goals of this course are to understand the basics of thermodynamics and statistical mechanics, and to learn how these scientific fields have been developed. Students will be expected to review the previous lecture before each class meeting. Grading will be decided based on in-class contribution (including in-class practice: 90 %).and term end examination 10 %. For students with high score of in-class contribution, credit will be given without term end examination.
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の概要と目的(何を学ぶか)Outline and objectives
マクロな熱力学とミクロな統計力学の入門部分について学ぶ。
熱現象から出発し、仕事、熱機関、熱力学法則、エントロピーに達する熱力学の考え方を学習した上で、気体運動論から集団分布を扱う統計力学の基本を学習する。また、歴史的な発展、変遷についても理解する。
到達目標Goal
熱力学と統計力学の基本的入門部分を理解する。またそこに至る歴史的考察を知識として持つ。
この授業を履修することで学部等のディプロマポリシーに示されたどの能力を習得することができるか(該当授業科目と学位授与方針に明示された学習成果との関連)Which item of the diploma policy will be obtained by taking this class?
ディプロマポリシーのうち、「DP1」と「DP2」と「DP4」に関連
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の進め方と方法Method(s)(学期の途中で変更になる場合には、別途提示します。 /If the Method(s) is changed, we will announce the details of any changes. )
講義を主として授業を進める。基本的な概念・法則の理解を重視して適宜レポート課題を課す。レポート評価は基本概念を理解を重視する。最終回に最終試験を行うが、その時は筆記用具以外の持ち込みは禁止することを念頭においてほしい。
アクティブラーニング(グループディスカッション、ディベート等)の実施Active learning in class (Group discussion, Debate.etc.)
なし / No
フィールドワーク(学外での実習等)の実施Fieldwork in class
なし / No
授業計画Schedule
授業形態/methods of teaching:対面/face to face
※各回の授業形態は予定です。教員の指示に従ってください。
1[対面/face to face]:熱・統計力学と確率論
熱力学第一、第二法則とそれに関わる確率論を開設する
2[対面/face to face]:分子の2領域の分布比
容器内の2領域内の分子数分布を確率論から紹介する
3[対面/face to face]:エネルギー分布と統計力学的温度の定義
接触する2領域の確率最大のエネルギー分布とそこから導かれる温度の定義
4[対面/face to face]:温度を決めたときのエネルギー分布
統計力学的温度の定義に基づくエネルギー分布を示す
5[対面/face to face]:平均エネルギー
統計力学から導かれる平均運動エネルギー、位置エネルギー
6[対面/face to face]:熱力学入門
気体の状態方程式を紹介したうえで与える熱エネルギーと期待が外部に対して行う仕事。気体の比熱についても議論する
7[対面/face to face]:断熱変化
断熱膨張、圧縮を行った時の温度変化
8[対面/face to face]:カルノーサイクル(理想)
典型的な動力機関として絵のカルノーサイクルを紹介、熱陸学的エントロピーの紹介
9[対面/face to face]:カルノーサイクル(現実)
理想的なカルノーサイクルではエントロピーは不変であるが現実は増大することを示す
10[対面/face to face]:熱平衡状態
総エントロピー最大で示される熱平衡状態とじゆうえねるぎーのかんっ系を示す
11[対面/face to face]:独立事象が成り立たない場合のエネルギー分布
原子分子の波束が広がって重なりが生じたときの現象を紹介する。その場合は、それまでの統計力学が成り立たない
12[対面/face to face]:黒体輻射
量子論のさきがけとなったプランクの黒体輻射を紹介する
13[対面/face to face]:エントロピーについての考察
レーザー光を用いた原子制御を紹介、その場合エントロピー増大の法則が破れていないか考察
14[対面/face to face]:まとめと評価
まとめと最終試験を行う
授業時間外の学習(準備学習・復習・宿題等)Work to be done outside of class (preparation, etc.)
【本授業の準備・復習等の授業時間外学習は、4時間を標準とする】
前回の復習をしてから授業に臨むことが重要である。
テキスト(教科書)Textbooks
power point資料を配布する
参考書References
Fundamentals of Analysis in Physics 法政図書館にあり
成績評価の方法と基準Grading criteria
授業期間中に数回のレポート90%、最終試験10 %で評価する。
レポート成績が良い人は試験免除する
ただし、基本概念の理解が不完全と思われるレポート、他人のレポートと酷似したレポートは口頭試問を行ったうえで評価することがある
最終試験では筆記用具以外持ち込み禁止する
基礎事項が理解てきていない人は不可の評価にすることを認識してほしい
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
特になし。
学生が準備すべき機器他Equipment student needs to prepare
特になし。
その他の重要事項Others
最低限の理解ができていない人は不可にするのでその旨認識してほしい