熱・統計力学基礎 / Thermodynamics and Statistical Mechanic

単位数: 2. 担当教員: 白井 正文. 開講年度: 2024. 開講言語: 日本語.

授業の目的・概要及び達成方法等

体系の構成要素に関する微視的な規則から、それとは本質的に異なる巨視的な性質を導く手法を与える統計力学の基礎を統一的に理解することを目的として、電子・磁気材料の示す様々な物性との関連について学習する。まず、電子集団や分子集団のように多くの構成要素からなる体系の巨視的性質を導くための平衡状態の統計力学を修得する。次に、電気伝導などの現象の理解に不可欠な非平衡系の統計力学の基礎を学習する。

授業の目的・概要及び達成方法等(Ｅ）

This course aims to help students understand the fundamentals of statistical mechanics, which derives macroscopic properties of a system from microscopic laws of constituent elements in the system. Students will learn about the relation to various properties of electronic and magnetic materials. First, students will understand statistical mechanics for systems in equilibrium. Then, students will learn about non-equilibrium statistical mechanics which is indispensable to understand transport properties.

他の授業科目との関連及び履修上の注意

熱力学，解析学，線形代数学，統計学，応用数学の知識を必要とする。

他の授業科目との関連及び履修上の注意(Ｅ）

Knowledge of thermodynamics, analysis, linear algebra, statistics, and applied mathematics is required.

授業計画

第1回　はじめに
第2回　ミクロカノニカル統計
第3回　カノニカル統計
第4回　二準位系と理想気体
第5回　熱平衡と熱力学第二法則
第6回　化学ポテンシャル
第7回　グランドカノニカル統計
第8回　フェルミ・ディラック統計
第9回　ボース・アインシュタイン統計
第10回　拡散現象
第11回　輸送現象
第12回　線形応答理論 (1) 一般論とキュリーの法則
第13回　線形応答理論 (2) 平均場近似とキュリー・ワイスの法則
第14回　相転移の現象論
第15回　まとめ

授業計画(Ｅ）

1. Introduction
2. Micro-canonical statistics
3. Canonical statistics
4. Two-level system and ideal gas
5. Thermal equilibrium and the second law of thermodynamics
6. Chemical potential
7. Grand canonical statistics
8. Fermi-Dirac statistics
9. Bose-Einstein statistics
10. Diffusion phenomena
11. Transport phenomena
12. Linear response theory (1) General argument and Curie law
13. Linear response theory (2) Mean-field approximation and Curie-Weiss law
14. Phenomenological theory for phase transition
15. Summary

授業時間外学習

講義資料に掲載された問題のレポート準備

授業時間外学習（Ｅ）

Preparation of reports on problems listed in documents for lectures

成績評価方法及び基準

期末試験、レポート課題、受講状況

成績評価方法及び基準(Ｅ）

Final examination, submitted reports, and class attendance

教科書および参考書

• 統計力学, 久保亮五, 共立出版 (1952) ISBN/ISSN: 4320034236 資料種別:参考書

オフィスアワー

いつでも結構ですが、事前の日程調整が必要です。

オフィスアワー（Ｅ）

Any time but the appointment is necessary in advance.

備考

Google Classroom （クラスコード：o6urmgy）を利用して講義資料等の情報を提供し、対面で講義を実施します。

This lecture is given onsite. The material of lecture is provided via Google Classroom (class code: o6urmgy).