2020年度 統計力学(講義)   Statistical Mechanics(Lecture)

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開講元
物理学系
担当教員名
古賀 昌久 
授業形態
講義
メディア利用
Zoom
曜日・時限(講義室)
火1-2(H114)  金1-2(H114)  
クラス
-
科目コード
PHY.S301
単位数
2
開講年度
2020年度
開講クォーター
1Q
シラバス更新日
2020年9月18日
講義資料更新日
-
使用言語
日本語
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講義の概要とねらい

概要
統計力学への導入として,確率論の初歩を解説する。次に,量子力学から来るエネルギー準位,状態数,状態密度等の概念を導入し,それらを用いてミクロカノニカル分布の定義と温度の概念の導入を行う。カノニカル分布を導入して分配関数を定義し,理想気体,2準位系,常磁性体など簡単だが重要な例を示す。カノニカル分布の応用例として固体の格子振動および黒体輻射の解説をする。

ねらい
カノニカル分布を中心とする統計力学の基本的発想とその簡単な応用を解説し,それらの理解を目指す。

到達目標

ミクロカノニカル分布・カノニカル分布に関する統計力学の体系を理解し、それに基づく計算ができること、また調和振動子系、理想気体、黒体輻射、固体の比熱などの基本となる問題に関して統計力学的な立場から理解することを到達目標とする。

キーワード

確率論の基礎,量子力学の基礎,ミクロカノニカル分布,カノニカル分布,分配関数,デバイ模型,黒体輻射

学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)

専門力 教養力 コミュニケーション力 展開力(探究力又は設定力) 展開力(実践力又は解決力)

授業の進め方

各回の学習目標をよく読み,予習・復習で行って下さい。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 統計力学の基本的な目的と考え方 教科書や配布物の該当箇所を読んで予習するとともに問題を解くこと。
第2回 確率論の基礎 教科書や配布物の該当箇所を読んで予習するとともに問題を解くこと。
第3回 自由粒子の量子力学 教科書や配布物の該当箇所を読んで予習するとともに問題を解くこと。
第4回 自由粒子の状態数とその漸近形 教科書や配布物の該当箇所を読んで予習するとともに問題を解くこと。
第5回 カノニカル分布の導出 教科書や配布物の該当箇所を読んで予習するとともに問題を解くこと。
第6回 カノニカル分布の基礎的な応用(1) 教科書や配布物の該当箇所を読んで予習するとともに問題を解くこと。
第7回 中間試験
第8回 カノニカル分布の基礎的な応用(2) 教科書や配布物の該当箇所を読んで予習するとともに問題を解くこと。
第9回 古典系のカノニカル分布 教科書や配布物の該当箇所を読んで予習するとともに問題を解くこと。
第10回 古典系のカノニカル分布の応用 教科書や配布物の該当箇所を読んで予習するとともに問題を解くこと。
第11回 格子振動の固有モード 教科書や配布物の該当箇所を読んで予習するとともに問題を解くこと。
第12回 格子振動のアインシュタイン模型とデバイ模型 教科書や配布物の該当箇所を読んで予習するとともに問題を解くこと。
第13回 黒体輻射にまつわる歴史的背景 教科書や配布物の該当箇所を読んで予習するとともに問題を解くこと。
第14回 電磁場と調和振動子 教科書や配布物の該当箇所を読んで予習するとともに問題を解くこと。

授業時間外学修(予習・復習等)

学修効果を上げるため,教科書や配布資料等の該当箇所を参照し,「毎授業」授業内容に関する予習と復習(課題含む)をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

統計力学 (長岡洋介著, 岩波基礎物理シリーズ 7)

参考書、講義資料等

特になし。

成績評価の基準及び方法

期末試験等により総合的に評価する。

関連する科目

  • PHY.S209 : 熱力学(物理)
  • PHY.Q207 : 量子力学入門
  • PHY.M204 : 物理数学I
  • PHY.M211 : 物理数学II

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

熱力学を履修していることが強く期待される。

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