熱力学 (31186, 31390)　

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講義の目標

教科書・演習書

  1. フェルミ熱力学 エンリコ・フェルミ (加藤 正昭訳) 三省堂 (1973)
  2. 熱・統計力学 (物理入門コース７) 戸田 盛和 岩波書店 (1983)
  3. 熱力学 三宅 哲 裳華房(1989)
  4. 熱力学(講談社基礎物理学シリーズ３) 菊川芳夫 講談社(2010)
  5. 大学演習 熱学・統計力学 久保 亮五編 裳華房 (1998)
  6. 熱学演習-- 熱力学, 原島 鮮著, 裳華房 (1979)

参考書・副読本

  1. 物理学とは何だろうか (上, 下), 朝永振一郎, 岩波書店（岩波新書）
  2. 原子, ジャン・ペラン著, 岩波書店（岩波文庫）
  3. Statistical physics (berkeley physics course - vol. 5) , F. Reif, McGraw-Hill
  4. マクロな体系の論理, 吉岡大二郎, 岩波書店（岩波講座, 物理の世界, 統計力学２）
  5. 熱力学入門, 佐々真一, 共立出版
  6. 熱力学の基礎, 清水明, 東京大学出版 (夏休みにおすすめ)
  7. 熱力学 --現代的視点から--, 田崎晴明, 培風館 (夏休みにおすすめ)
  8. 基礎から学ぶ熱力学, 大野 公一, 岩波書店
  9. ゼロからの熱力学と統計力学, 和達三樹, 十河清, 出口哲生, 岩波書店
  10. ゴム弾性, 久保亮五, 裳華房
  11. ゴムはなぜ伸びる?[東京理科大・坊ちゃん選書], 伊藤真義, オーム社

講義内容 (配布プリント)

　0. 講義概要

  1. 熱力学的な系 [まとめ, 例題1A,B, 演習1(解答例)][講義ノート1]
    1. 熱平衡状態，状態量，気体温度計による絶対温度，状態方程式
  2. 熱力学的な過程 [まとめ, 例題2, 演習2(解答例)][講義ノート2]
    1. 緩和過程と不可逆性，熱機関とサイクル，準静的過程，状態量の変化
  3. 熱力学第一法則 [まとめ, 例題3A,B, 演習3(解答例)][講義ノート3]
    1. 熱と仕事の等価性 {ジュールの実験１} , 熱の仕事当量
    2. 第一法則：熱力学的なエネルギー保存，内部エネルギーの存在
    3. 熱量Qと熱容量，仕事Wと圧力
    4. 気体の自由膨張におけるQとW {ジュールの実験２}
  4. 第一法則の応用：理想気体の性質 [まとめ,例題4][講義ノート4]
    1. 理想気体の特性(仮定)
    2. 準静的等温過程における吸熱 Q， マイヤーの関係式， 断熱曲線，準静的断熱過程における仕事 W
  5. 内部エネルギー U [まとめ, 数学ノート][講義ノート5]
    1. 内部エネルギーの存在
    2. 第一法則の数学的表現(積分可能性)
    3. 比熱との関係(正定値性と単調増加)
  6. 熱力学第二法則 [まとめ, 例題6A, 6B][講義ノート6]
    1. 熱機関の効率と不可逆性，第二法則の表現(Thomsonの原理，Clausiusの原理)
    2. Carnotの定理，カルノーサイクル
  7. 熱力学的絶対温度，Clausiusの不等式 [まとめ, 例題7][講義ノート7]
  8. エントロピーS [まとめ, 例題8A, 8B, 演習4(解答例)][講義ノート8]
    1. Clausiusの不等式 (連続極限)，エントロピーの定義
    2. エントロピーと不可逆性, エントロピー増大則
    3. 混合エントロピー
  9. 熱力学的関係式, 自由エネルギー/熱力学的ポテンシャル [まとめ, 例題9A, 9B]
    1. UとSの関係：熱力学の基本方程式
    2. 積分可能性からの帰結：マックスウェルの関係式
    3. UとSを求める：ファン-デル-ワールス気体, ゴムとバネ(->まとめ11参照)
    4. 物質量と化学ポテンシャル
    5. Helmholtzの自由エネルギー, Gibbsの自由エネルギー, Gibbs-Duheim関係式
  10. 平衡条件 [まとめ, 例題10]
    1. 気相-液相転移(気体の凝縮), 蒸気圧曲線とClausius-Clapeyron 関係式, Maxwell の規則
    2. Gibbsの相律
    3. 化学平衡，ル-シャトリエの原理
  11. 希薄溶液, ゴムとバネ [まとめ, 例題11]
    1. 希薄溶液の熱力学ポテンシャルの導出
    2. 浸透膜を介した平衡：浸透圧
    3. 溶液と蒸気の平衡：蒸気圧の変化，沸点上昇，凝固点降下
  12. 巨視的な理論 vs. 微視的な理論 ---- 統計力学へのガイド

レポート課題 (提出は 16号館 325A室ドアのボックスまで)

  1. 演習1 [mm/dd(金) 〆切(予定)] 　
  2. 演習2 [mm/dd(金) 〆切(予定) ]
  3. 演習3 [mm/dd(金) 〆切(予定)]
  4. 演習4 [mm/dd(金) 〆切(予定)]