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人類は熱を利用して動力を作り出し、それを効率的に利用することで文明を発達させてきた。熱力学は、物質の熱や温度などの熱的性質を、微視的な詳細には立ち入らずに巨視的な観点から調べる分野である。本講義では、熱に関係する巨視的物理量の定義と、それらの間に成り立つ基本法則を理解し、我々の身のまわりで起きている熱現象を熱力学的に説明できるようにする。これにより、熱力学に基づく工学専門科目を学習するための基礎を習得する。
The human species have developed a civilization by effectively using the motive power produced by heat. Thermodynamics is one of the field of physics treating the thermal properties such as heat and temperature based on the macroscopic viewpoint instead of microscopic one. In this lecture, students learn various macroscopic values related to the thermodynamics and basic laws and principles among them. Final purpose is to explain various thermal phenomena based on the thermodynamic knowledge. Thereby, the lecture is supposed to be a basis to study specialized subject of faculty of engineering in the following semesters.
化学熱力学を復習するとともに，化学熱力学において導入されたエネルギーやエントロピー，自由エネルギーなどの概念を，物質を構成する分子の性質に基づいて理解することを目標とする．さらに，相平衡や化学平衡の概念を統計力学の視点から理解する．より具体的には，多粒子系を構成する原子，分子の並進，回転，振動や電子状態の自由度に付随する分配関数から，エンタルピー、自由エネルギーなどの巨視的な熱力学量や，平衡定数が構築されることを学習する．
General concepts and principles of the statistical thermodynamics will be briefly introduced in the lecture, based on a review for the classic chemical thermodynamics.
Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。
学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
この授業ではGoogle Classroomを使用して講義資料と講義情報を発信します。
１．目的
材料の製精錬及び製造プロセスの基礎となる物理化学の修得を目的とする。
２．概要
物理化学を主に化学熱力学の立場から講義する。エンタルピー、エントロピー、自由エネルギー等の
概念および熱力学諸法則を基礎とした物質の状態変化や化学反応の平衡論を学ぶ。
毎回、課題（レポート）を出す。
３．達成目標等
この授業では、主に以下の能力を修得することを目標とする。
・本学科の学習・教育到達目標のA，B，Cに関する能力を含めて修得する。
・材料の製精錬や製造プロセスの基礎となる物理化学の諸法則、物質の状態変化や化学反応平衡を理解し、それらの意義を説明しうる能力を修得する。
・物理化学の諸法則等の理解を通して、材料工学に関する基礎知識及びその周辺の一般工学に関しての基礎知識、課題を正確に理解する能力を修得する。
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)
In this course, Google Classroom will be used to give students lecture references and lecture information.
1. Aim
To understand the physical chemistry of materials for their smelting, refining and manufacturing processes
2. Outline
The physical chemistry of materials is lectured from the point of view of chemical thermodynamics. Students learn about the concept of thermodynamic functions, such as enthalpy, entropy and free energy, equilibrium of phases and chemical reactions with the base of thermodynamic principles/laws. Assignments will be given every week.
3. Outcomes
・To acquire the ability of items A, B and C listed in the academic purposes of our department
・To understand the thermodynamics principles/laws for materials smelting/refining/manufacturing processes and to acquire the ability to explain their significance
・To acquire the basic knowledge of materials science/engineering and its related engineering fields and the ability to accurately understand issues through understanding thermodynamic principles/laws
Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。
学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
１． 目的
化学の諸原理を確立し敷衍する物理化学の基礎を学ぶための第一歩として，本講義では，物質の状態変化および化学変化についての熱力学的及び速度論的な理解の仕方を学習する。そこで基礎となる概念と，定量的な手法の習得を目的とする。
２．概要
状態変化の扱い方を学ぶとともに，熱力学諸法則，熱力学的状態量（エンタルピー，エントロピー，自由エネルギー，化学ポテンシャル等）の定義とそれらの定量的表現法，さらには，具体的な応用についても学習する。次に，熱力学的知見の重要な展開として，化学平衡と溶液の諸性質を議論し，最後に，速度論の基礎を学ぶ。
３．達成目標等
この授業では，主に以下のような知識・スキルの修得を目標とする。
・ 物質変化・状態変化に対しての熱力学的理解とその定量的表現。
・ 実際の物質変化・状態変化の解析法とその応用。
・反応速度に関する基礎的理解と定式化及び決定法。
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
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1. Objective
Physical chemistry is a base of chemical principles to describe wide variety of chemical phenomena. To learn the basics of physical chemistry, understanding in the physical states of matters and chemical reaction in terms of thermodynamics and chemical kinetics is of particular importance. This course aims to deepen understanding in those concepts and quantitative description.
2. Summary
First, this course provides students with basic knowledge such as phase transition, principles of thermodynamics, definition and usage of state functions (enthalpy, entropy, free energy, and chemical potential), and their application to real systems. Second, thermodynamics of properties of solutions and chemical equilibrium. Third, chemical kinetics.
3. Goal
Students will acquire knowledge and develop the skills on the following matters:
1) Understanding and description of phase transition and chemical reaction by thermodynamics.
2) Quantitative description and analysis of such changes in real systems.
3) Description of chemical kinetics by rate law and kinetic analysis.
熱力学は固体，液体，気体を構成する分子，原子，電子等の非常に多くの粒子の集団を扱う方法であり，その応用範囲は化学，物理，工学の多岐の分野にわたる．例えば，気体の性質，化学反応，エネルギー変換，ヒートポンプ，電解液中のイオン，固体中の電子，相転移などである．そこでは，少数の物体を扱う力学では表れない温度やエントロピーなどの概念が登場する．
本講義では，熱と仕事および多数の粒子の集団が持つ重要な性質であるエントロピーの明確な理解と，それらを元にした熱力学の基礎的な概念の習得を目的とする．前述の通り，熱力学の応用は多岐にわたるが，講義内容は基本的な内容に絞り，本講義の学習内容を元に，それぞれの専門分野の教科書で自学自習できるようになることを目指す．
Thermodynamics is a field of study that deals with a very large number of particles such as molecules, atoms, and electrons that consist of solids, liquids, and gases, and has a wide range of applications in chemistry, physics, and engineering. Examples include the properties of gases, chemical reactions, energy conversion, heat pumps, ions in electrolytes, electrons in solids, and phase transitions. Concepts such as temperature and entropy, which do not appear in mechanics that deals with a small number of objects, are introduced.
The object of this class is to provide students with a clear understanding of heat, work, and entropy, which are important properties of a group of many particles, and to master basic concepts of thermodynamics based on these properties. As mentioned above, thermodynamics has a wide range of applications, but the content of the lecture is limited to the basics, and the aim is to enable students to learn by themselves using textbooks in their respective fields of specialization based on what they learn in this lecture.