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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)
授業の到達目標及びテーマ
材料科学における熱力学の初歩（熱力学関数の導出）から統計熱力学の基礎（分配関数の計算や自由エネルギー計算）を学び，諸問題が解けるようになることが目標
授業の概要
物理や化学の様々な現象に深い関わりをもつ熱・統計力学の基本的な考え方を説明し，物質科学において果たす役割，適用例について述べる．
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)
The goal is to learn the rudiments of thermodynamics in materials science (derivation of thermodynamic functions) and the basics of statistical thermodynamics (calculation of distribution functions and free energy), and to be able to solve various problems.
The basic concepts of thermal statistical mechanics, which are deeply related to various phenomena in physics and chemistry, will be explained, and its role and applications in materials science will be described.
我々が身近に接する固体、液体、気体などの物質は、多数の原子や電子から構成されており、それらは互いに複雑な相互作用を及ぼしながら運動している。これらの系の巨視的な性質は、構成要素が非常に多いことに起因する統計的法則を用いて初めて理解可能である。本講義では、多数個の粒子の集団からなる系の性質を理解することを目的に、統計物理学の基本的な概念とその簡単な系への応用について解説する。
Usual materials are composed of many atoms and molecules, which are interacting each other through complex interactions. These materials show a variety of phases, such as solid, liquid and gas phases. Their macroscopic properties can be understood in terms of statistical considerations based on the large number of degrees of freedom. In this lecture, in order to understand the physical properties of macroscopic systems composed of many constituent particles, we study the basic concepts of statistical physics and its applications to simple examples.
我々が身近に接する固体、液体、気体などの物質は、多数の原子や電子から構成されており、それらは互いに複雑な相互作用を及ぼしながら運動している。これらの系の巨視的な性質は、構成要素が非常に多いことに起因する統計的法則を用いて初めて理解可能である。本講義では、多数個の粒子の集団からなる系の性質を理解することを目的に、統計物理学の基本的な概念とその簡単な系への応用について解説する。
Usual materials are composed of many atoms and molecules, which are interacting each other through complex interactions. These materials show a variety of phases, such as solid, liquid and gas phases. Their macroscopic properties can be understood in terms of statistical considerations based on the large number of degrees of freedom. In this lecture, in order to understand the physical properties of macroscopic systems composed of many constituent particles, we study the basic concepts of statistical physics and its applications to simple examples.
我々が身近に接する固体、液体、気体などの物質は、多数の原子や電子から構成されており、それらは互いに複雑な相互作用を及ぼしながら運動している。これらの系の巨視的な性質は、構成要素が非常に多いことに起因する統計的法則を用いて初めて理解可能である。本講義では、多数個の粒子の集団からなる系の性質を理解することを目的に、統計物理学の基本的な概念とその簡単な系への応用について解説する。
Usual materials are composed of many atoms and molecules, which are interacting each other through complex interactions. These materials show a variety of phases, such as solid, liquid and gas phases. Their macroscopic properties can be understood in terms of statistical considerations based on the large number of degrees of freedom. In this lecture, in order to understand the physical properties of macroscopic systems composed of many constituent particles, we study the basic concepts of statistical physics and its applications to simple examples.
我々が身近に接する固体、液体、気体などの物質は、多数の原子や電子から構成されており、それらは互いに複雑な相互作用を及ぼしながら運動している。これらの系の巨視的な性質は、構成要素が非常に多いことに起因する統計的法則を用いて初めて理解可能である。本講義では、多数個の粒子の集団からなる系の性質を理解することを目的に、統計物理学の基本的な概念とその簡単な系への応用について解説する。
Usual materials are composed of many atoms and molecules, which are interacting each other through complex interactions. These materials show a variety of phases, such as solid, liquid and gas phases. Their macroscopic properties can be understood in terms of statistical considerations based on the large number of degrees of freedom. In this lecture, in order to understand the physical properties of macroscopic systems composed of many constituent particles, we study the basic concepts of statistical physics and its applications to simple examples.
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
統計力学Aで学んだ事柄を基に、量子理想気体のボーズアインシュタイン凝縮や磁性体相転移をミクロな原子・分子の協力現象として理解する。
2.概要及び達成目標
グランドカノニカル分布について学び、量子理想気体のフェルミ気体とボーズ気体に応用する。その後、磁性体相転移のモデルであるイジングモデルについて学ぶ。
授業は対面で行うが、Google Classroomを併用する。クラスコードは講義の最初に示す。
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)
The aim of Statistical mechanics B is to understand Bose-Einstein condensation and phase transition in magnetic materials as cooperative phenomena of many microscopic atoms and molecules. To achieve the aim, grand-canonical distribution is introduced and applied to quantum ideal gas (Fermi gas and Bose gas). Finally, Ising model is introduced to learn phase transition in magnetic materials.
Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html
（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。
目的
相平衡および拡散について理解を深めると同時に、相変態の熱力学的背景を学ぶ。また、実例を通して組織制御や材料設計への利用法について習得する。
概要と目標
前半は、主に相の安定性や相平衡について学習し、後半では、界面、拡散、核生成、マルテンサイト変態等に関連する各種相変態の熱力学的背景と原理について学ぶ。
-自由エネルギー、エントロピー、エンタルピー等を統計熱力学的に理解する。
-固溶体や化合物の自由エネルギー近似と化学ポテンシャルや相平衡の原理を理解する。
-界面エネルギーの起源や偏析現象、粒成長現象を理解する。
-拡散におけるフィックの法則、現象論的方程式、熱力学因子について理解する。
-凝固や析出について均一核生成や負均一核生成について理解する。
-マルテンサイト変態の組織的特徴と変態ヒステリシスや変態温度幅の起源を理解する。
達成方法
本授業は講義と演習を中心に行う。
この科目ではClassroomを利用して講義資料と講義情報を発信します。
Classroomにアクセスし、クラスコードを入力してください。
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")
Objectives are to promote understanding of the phase equilibria and transformations on basis of thermodynamics and kinetics and to understand some basic concepts on the microstructural control and materials design.
In the former part, the course provides students with basic knowledge on phase stability and phase equilibrium in materials. In the latter part, the course provides explanations of the thermodynamic origins and principles on phase transformations related to interface, diffusion, nucleation, martensite etc.. The course will be performed with following targets:
-to understand free energy, entropy and enthalpy in view point of statistical thermodynamics.
-to understand principle of free energy approximation, chemical potential and phase equilibrium in solid solution and compound.
-to understand origin of interfacial energy, segregation and grain growth phenomena.
-to understand Fick's laws, phenomenological diffusion equation and thermodynamic factor etc..
-to understand the classical theory on homogeneous and inhomogeneous nucleation phenomena.
-to understand microstructural features of martensitic transformation and origin of transformation hysteresis and width.
This is a lecture-centered course including exercises.
This class uses Classroom to provide lecture information.
Please access Classroom and input the class-code.
熱力学は、我々の身の回りで起きるいろいろな熱現象（融解、蒸発、車のエンジン、生命活動に必要なエネルギーなど）、および熱的な性質を巨視的に扱う学問である。熱力学では、こうした熱過程を、熱平衡状態にある始状態と終状態で抑え、その差で説明する。本授業の前半では、熱力学の基本法則、エントロピーと熱力学関数を理解して、代表的な熱機関を取り上げ、熱現象の物理的な意味を考える。後半では、相平衡、非理想気体、および気体分子運動論など、熱力学的な現象を捉える上で必要な概念を習得する。最後に、古典統計力学に少し足を踏み入れる。本講義を通じて、我々の身のまわりで起きる熱現象が理解できるようになる。
Thermodynamics macroscopically deals with various thermal phenomena and properties like a melting and evaporation of water, engines of vehicles, and energies for vital activities. Thermal processes are described with the difference between initial and final thermal equilibrium states. In this course, students will learn and deepen their understanding of physical meaning on lows of thermodynamics, entropy, thermodynamical functions, phase equilibrium, non-ideal gas, molecular kinetic theory of gases, and additionally classical statistical mechanics.
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)
本講義はGoogle Classroomを使用します．
クラスコード: y4ojaiu
１．目的
複雑な伝熱・物質輸送のメカニズムを幅広いスケールに渡って学ぶ．
２．概要
伝熱学で習得した伝熱現象の基礎知識を踏まえ，幅広いスケールに渡って熱・物質輸送現象のメカニズムを講義する．
３．達成目標等
・ミクロスケールから熱力学の概念を捉え直し，統計物理学の基礎的概念を理解する．
・熱・物質輸送現象をミクロ・マクロスケールに渡って原理的に理解し，応用について考察できる．
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)
This class uses Google Classroom.
Class code: y4ojaiu
In this course, heat and mass transport phenomena are discussed from a broader viewpoint ranging from microscale to macroscale. Thermodynamic quantities are revisited with microscopic descriptions. The basic principles of statistical physics are given in order to understand the relationship between macroscopic thermodynamics and microscopic mechanics. Based on the above basics, the derivation of governing equations for mass transport phenomena, essential analogy between heat transfer and mass transfer, and application cases in the engineering are discussed.
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
統計力学はマクロな熱力学現象を原子・分子のミクロな世界の力学法則から記述することを目的とする。物性物理学や生物物理学の基礎となる学問である。
2. 概要及び達成目標
平衡状態における多数の原子・分子の集団的な振る舞いを確率分布（ミクロカノニカル分布とカノニカル分布）を用いて記述する。ミクロカノニカル分布とカノニカル分布を用いて、理想気体・常磁性体・高分子などを例に熱力学量を計算できるようにする。
授業は対面で行うが、Google Classroomを併用する。クラスコードは講義の最初に示す。
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)
The aim of statistical mechanics is to describe thermodynamic macroscopic phenomena from the microscopic laws of atoms and molecules. Statistical mechanics is the basis for condensed matter physics and biophysics. The micro-canonical and canonical distributions are introduced to describe collective behaviors of many atoms and molecules in thermodynamic equilibrium. Thermodynamic quantities of the systems such as ideal gas, paramagnet and polymer, can be calculated using the micro-canonical and canonical distributions.