材料統計熱力学1
Statistical Thermodynamics of Materials 1
講師・森 篤史
2単位
目的
本科目は，材料系の科目である．材料の平衡状態での性質を理解するために必須の熱力学の考え方と方法に慣れ親しむ．併せて，熱力学の基本的な概念と知識のいくつかを学ぶ．
概要
計画の欄の順番(教科書の節番号を括弧内に記入(例外あり))で， 学生参画型の「質問書」方式によって学生自身が問題を発見することの意義を見つけることを目指しながら，前半8回と後半8回それぞれひとまとまりの授業を行う．8回のうちの6回は講義を中心とした授業を行い，それについでの2回の演習形式の授業を授業を行う． 7回目の授業の演習に間に合うように「質問書」(「演習の意ための質問書」)を提出させる (質問またはそれに代わる演習問題は，7回目の授業までにweb上に公開する予定である)． 7回目の授業は，「演習のための質問書」の内容の解決を学生主導で行う． 場合によっては，演習問題の形式で出題を行う． 8回目の授業は，学生同士の質疑応答による問題解決を行ないたいと考えている．ただし，7回目の演習の状況によっては，演習問題をレポートとして課し，それに対する発展的事項を扱うことになる． 8回ひとまとまりの授業の後には，十分な復習の後に，新たに生じた問題点やそれに関わる予想される新展開を「質問書」(「成績評価のための質問書」)にまとめる．
キーワード
熱，温度，エネルギー，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
要件
学生参画型「質問書」方式，奇異に映ることでしょう．「不思議だと思う こ こ ろ 」を取り戻して欲しいのです．講義形式の授業の前の予習は必須とはしませんが，演習形式の授業に臨む前に，講義形式の授業の復習を十分にして下さい．学生参画型の授業は，授業の雰囲気が学生の気質から直接影響を受けますので，他の学生のことを考えて授業に臨んで下さい．
注意
授業には，学生証を持って出席して下さい．演習形式の授業において不正行為(学生参画型「質問書」方式自体の崩壊に繋がるもの)が行われた場合は，学生証によって確認を行い，試験における不正行為と同様に対処します．
目標
| 1. | 熱力学の原理 |
| 2. | 熱力学の応用 |
計画
| 1. | 熱理学の対象(1.1)，熱力学第1法則(1.2) |
| 2. | 熱力学第2法則と温度(1.3)，温度とエントロピー(1.4) |
| 3. | 温度とエントロピー(1.4)，熱力学ポテンシャル(1.5) |
| 4. | 熱力学ポテンシャル(1.5)，示量変数と示性変数(1.6)，熱力学関係式(1.7) |
| 5. | 熱力学的関係式(1.7)，熱力学的安定性(1.8) |
| 6. | 熱力学的不等式(1.10)，熱力学第3法則(1.11) |
| 7. | 演習(問題) |
| 8. | 演習(討論) |
| 9. | 理想気体(2.1) |
| 10. | 〃 |
| 11. | 相平衡と2相共存(1.9)，(2.3.2)，クラペイロンの式(2.3.1) |
| 12. | 多成分系(2.2)，化学反応系の平衡状態(2.2.2) |
| 13. | 混合物の諸性質(2.2) |
| 14. | 理想溶液と理想混合溶液 |
| 15. | 演習(問題) |
| 16. | 演習(討論) |
評価
「成績評価のための質問書」によって評価する．ただし，「演習のための質問書」が提出されていない場合は欠席扱いとし，「成績評価のための質問書」の採点は行わない．何れの到達目標についても，60%以上の出席日数がなければ採点しない (60%は，工学部で規定された定期試験の受験資格です)．計2つの「成績評価のための質問書」は，いずれも50点(100/2=50)満点で評価する．演習へ取組状況により，該当する「質問書」における減点を取り消すことがある． 第1-8回を目標1，第9-16回を目標2とし，いずれの達成目標も 60%以上で合格とする． (各項目は密接に関わっており，例えば，第16回の授業の後の「質問書」の内容が第1-8回の内容の理解を示す事項を含むものであることもあり得る．また，上級レベルの内容にはエクストラで加点することもある．) 学生の中には，「質問書」によって事項の理解を示すことのできないものもいるであろう．希望者には，試験等を行う．内容を理解しているかどうか判断できないものに対しても試験等の受験を認める(教育的観点から，レポートの提出を推奨したり，要求したりすることもある)．
JABEE合格
JABEE合格は単位合格と同一とする．
JABEE関連
学習·教育目標B [系統的な専門教育のもとで光技術に関わる課題を創造的に見出し，与えられた制約の下で解決できる能力の養成]
対象学生
光応用工学科2年生(上級学年の再受講，その他許可を受けたものを含む)
教科書
宮下精二「熱・統計力学」(培風館)
参考資料
千原秀昭·稲葉章訳「アトキンス物理化学要論」(東京化学同人)
原島鮮著「熱学·統計力学」(培風館)
「材料統計熱力学2」についても言えることであるが，良書から悪書まで多数のものがある．
URL
http://cms.db.tokushima-u.ac.jp/DAV/person/S10802/education/StatThDyn1-08/index.html
→コンテンツサーバ (EDB/CMS)
連絡先
- オフィスアワー: オフィスアワーは，学科の掲示板等をご覧下さい．
備考
| 1. | 提出物はすべてA4縦置横書き．学年番号，氏名，質問書の提出日(必要な場合は，締切日等も)を上部に明記．必要ならば，左上をホッチキス留め． |
| 2. | 正解待ち症候群を助長することを避けるため，質問書に対しては，授業の内容を補うものについて回答を行う． |
| 3. | 質問書に授業の感想や要望を添えてくれることは，歓迎です．「不思議だと思うこころ」と取り戻しつつあるが学生に無理解なままの一方的批判はお控え下さい．また，学生参画型「質問書」方式の趣旨に反するものは，「授業崩壊を狙っている」と見なされることもあります． |
| 4. | オフィスアワーは，随時とします．超多忙でない限り，仕事の手を止めて対応します．ただ，仕事の書類などがテーブルの上に散乱したままでの対応になることは，ご容赦下さい． |
| 5. | 将来，工学部全体の合同で習熟度別クラス編成を行った場合に他学科の「物理化学」の科目と合同になるべきことを考え，参考書1に沿って進めていましたが，研究・教育に関する学科の方針の転換により，統計物理学的な色彩を強めるように変更します(「熱・統計物理学」との関係は，相補性よりも，補間的な傾向が強くなると思いますが，ご理解下さい)．ただし，理想溶液については，補います(従って，節番号が付いていません)． |