材料統計熱力学2
Statistical Thermodynamics of Materials 2
講師・森 篤史
2単位
目的
熱力学は材料の微視的な構造の詳細に立ち入らずその性質や挙動を調べる体系であった．統計力学は，これとは対照的に，微視的な情報をもとに巨視的な性質を予測するものである．統計力学的手法について，基礎的な概念と知識および応用力を習得させることを目標とする．
概要
計画欄の順番(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
位相空間，加重平均，分配関数，自由エネルギー，平均場，自己無撞着方程式，二次相転移，臨界異常，準安定状態，ビリアル展開
先行科目
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．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． 学生参画型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. | 統計力学の処方箋と希薄系・相関の弱い系への適用 |
| 2. | 平均場近似の考え方と濃厚・強相関系への適用 |
計画
| 1. | 熱力学の復習(1.5, 1.6, 1.7, 1.9, 2.2)，エルゴード性と等重率の原理(3.1) |
| 2. | ボルツマンの原理(3.2)，正準集団(3.2)，NPT集団, 大正準集団(3.3) |
| 3. | 理想気体(4.1) |
| 4. | 調和振動子と固体比熱(5.2) |
| 5. | 黒体輻射(5.3, 5.8) |
| 6. | Langmuir吸着等温式 |
| 7. | 演習(問題) |
| 8. | 演習(討論) |
| 9. | 磁性体(5.6)，イジング模型(6.1) |
| 10. | 平均場近似(6.2) |
| 11. | 臨界現象(2.3)，ランダウ理論(2.3, 6.2) |
| 12. | 合金，正則溶液·正則固溶体，二次元格子気体模型 |
| 13. | 相分離，スピノーダル分解，核生成 |
| 14. | 不完全気体·液体の統計力学(6.7.6)，クラスター展開法(6.7.6) |
| 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 [系統的な専門教育課程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 能力の育成]
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
宮下精二著「熱·統計力学」(培風館)
参考資料
「統計力学」(土井正男, 朝倉書店)
久保亮五編「大学演習 熱学·統計力学」(裳華房)
「材料統計熱力学1」「熱·統計物理学」の教科書·参考書
URL
http://cms.db.tokushima-u.ac.jp/DAV/person/S10802/education/StatThDyn2-08/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．尚，必要ならば，左上をホッチキス留めすること． |
| 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要求等は，「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． |