理工学部Faculty of Science and Engineering
PHY300XG（物理学 / Physics 300）統計物理学Statistical physics
村山 能宏Yoshihiro MURAYAMA
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 | H9306 |
| 旧授業コードPrevious Class code | |
| 旧科目名Previous Class title | |
| 開講時期Term | 春学期授業/Spring |
| 曜日・時限Day/Period | 火2/Tue.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 | 3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 |
すべて開くShow all
すべて閉じるHide All
Outline (in English)
[Course outline]
In this course, first, we will review the history of thermodynamics and consider the thermodynamic and statistical meanings of entropy. Based on these, free energy and Boltzmann factor will be introduced. Students will acquire the ability to think about the phenomena around them from the viewpoint of statistical physics.
[Learning Objectives]
1. Students will be able to understand the concept of thermodynamics and statistical physics.
2. Students will be able to apply the concept and the method of thermodynamics and statistical physics to understanding and explaining the phenomena around them.
[Learning activities outside of classroom]
Students will be expected to read distributed slides before attending each lecture.
[Grading policies] Grading will be decided based on the assignments (50%) and the term-end exam/report (50%).
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
ゴムを伸ばすと力が生じること、卵と油を混ぜるとマヨネーズができること、肉に赤身があること、これらの身近にある現象の基本原理はいずれも熱力学、統計力学の考え方に基づく。本講義では、熱力学の歴史を振り返りながら、エントロピーの熱力学、統計力学的意味について考える。これらに基づき自由エネルギー及びボルツマン因子を導入し、身の回りの現象を統計物理学の視点から考える力を身につける。
到達目標Goal
１．熱力学，統計力学の考え方を理解できる。
２．熱力学，統計力学の基本的な考え方を用いて、身の回りの現象を理解し説明できる。
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. ）
授業は講義を中心とし、適宜理解の確認のための課題を出す。授業の初めに前回の復習や補足説明、課題の解説・講評等を行う。
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]：力学と熱力学
力学の復習を通して熱の不思議さを問う。
2[対面/face to face]：熱機関と熱効率：状態変化とサイクル
熱機関の動作原理から気体の状態変化を数式に基づき復習する。
3[対面/face to face]：究極の熱機関：熱力学第二法則とエントロピー
究極の熱機関を考えることによりエントロピーの熱力学的意味を考える。
4[対面/face to face]：エントロピーの意味１：状態数と配置
エントロピーの統計力学的意味を考えるにあたり微視的状態の数え方を学ぶ。
5[対面/face to face]：エントロピーの意味２：最も確からしい配置
微視的状態数からエントロピーの統計力学的意味を考える。
6[対面/face to face]：熱平衡状態１：温度とエントロピー
エントロピーの統計力学的意味から熱平衡状態について考える。
7[対面/face to face]：熱平衡状態２：平衡条件
熱平衡条件に基づき温度、圧力、化学ポテンシャルについて学ぶ。
8[対面/face to face]：前半のまとめ
課題及び解説を通して前半の内容を復習する。
9[対面/face to face]：高分子の弾性：エントロピー弾性
高分子の弾性（エントロピー弾性）について学ぶ。
10[対面/face to face]：自由エネルギー：水と油とマヨネーズ
マヨネーズの作り方から自由エネルギーの考え方について学ぶ。
11[対面/face to face]：ボルツマン因子：磁化と帯磁率
ボルツマン因子を導入し磁性について学ぶ。
12[対面/face to face]：理想気体：ミクロからマクロへ
量子力学、統計力学の基本原理からボイル＝シャルルの法則を導出する。
13[対面/face to face]：ギブス因子の応用：ミオグロビンの酸素吸着
ギブス因子を導入し肉の赤身について考える。
14[対面/face to face]：後半のまとめ
最終課題を通して後半の復習を行う。
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。講義内容の理解を深めるため、必ず事前に次の講義用の配布資料を読んでおくこと。
テキスト（教科書）Textbooks
教科書は使用しない。
参考書References
白井 光雲 著，「現代の熱力学」，共立出版
チャールズ・キッテル 著，「熱物理学」，丸善
成績評価の方法と基準Grading criteria
「熱力学、統計力学の基本的な考え方を用いて身の回りの現象を理解し説明できること」を主な評価基準とし、成績は進度に応じて課す課題（50%）と期末試験（またはレポート）（50%）に基づき総合的に評価する。
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
本年度新規科目につきアンケートを実施していません。