Statstical Physics ｜ Syllabus data

開講年度

2025Year

開講学期

Second Semester

科目名

Statstical Physics

授業種別

Lecture

科目名（英語）

Statstical Physics

授業情報(授業コード・クラス・授業形態)

A2000037 Statstical Physics

担当教員

null

単位数

2.0Credits

曜日時限

Thu.3Period

キャンパス

Shinjuku Campus

教室

A-0765教室

学位授与の方針

1 基礎知識の修得 0 ％
2 専門分野の知識・専門技術の修得 80 ％
3 汎用的問題解決力の修得 20 ％
4 道徳的態度と社会性の修得 0 ％

具体的な到達目標

１．統計力学の原理を理解し、説明できる２．ミクロカノニカル分布・カノニカル分布に基づき、熱力学的諸量を導ける３．量子統計と古典統計の違いを説明できる

受講にあたっての前提条件

これまでに学ぶ熱力学・解析力学の内容を理解していること。また、量子力学に関する基本的な知識があることが望ましい。

授業の方法とねらい

授業の方法：多数粒子の集団からなる系を扱う「統計力学」をその基礎から講義します。特に、ミクロな粒子集団における確率統計分布の考え方やマクロな熱力学との関係を解説するとともに、現実の多くの系への統計力学の応用について説明します。「金属の比熱は温度の何乗に比例するか、超伝導はなぜ起こるか、ゴムは温めると何故縮むか、太陽光中の最も多い光の波長はいくつか？」等は統計力学の基礎から理解できますので、これらに興味がある方もぜひ履修してみてください！！
授業は教室での講義を中心に行います。（以下の授業計画や成績評価は大まかなものであり、受講状況に応じて授業計画の内容や順番、成績評価は少し変わることもあります。）

授業のねらい：統計力学の基礎的な考え方や熱力学との関係を理解して説明できる。統計力学の応用が理解でき、簡単な系に適用できるようになる。

AL・ICT活用

Support for self-learning using ICT

第1回

授業形態

対面

事前学習

これまでに学んだ熱力学・力学（特に熱力学）の内容の復習をしておくこと。また、量子力学に関する基本的な知識があると望ましい。
いずれに関しても、必要な事項は講義内でも解説します。

2時間

授業内容

熱力学から統計力学へ（熱力学の復習、確率と統計分布）

事後学習・事前学習

講義内容の復習と次回講義内容の予習

4時間

第2回

授業形態

対面

授業内容

ボルツマンの関係式、等重率の原理と状態数

事後学習・事前学習

講義内容の復習と次回講義内容の予習

4時間

第3回

授業形態

対面

授業内容

ミクロカノニカル分布とその応用、Stirlingの公式

事後学習・事前学習

講義内容の復習と次回講義内容の予習

4時間

第4回

授業形態

対面

授業内容

カノニカル分布と分配関数、その応用（２準位系とSchottky比熱）

事後学習・事前学習

講義内容の復習と次回講義内容の予習

4時間

第5回

授業形態

対面

授業内容

カノニカル分布の応用（双極子固体、調和振動子）、Gauss積分、ギブスのパラドックス

事後学習・事前学習

講義内容の復習と次回講義内容の予習

4時間

第6回

授業形態

対面

授業内容

カノニカル分布の応用２（重力下の理想気体、多原子分子気体）、エントロピーと確率

事後学習・事前学習

講義内容の復習と次回講義内容の予習

4時間

第7回

授業形態

対面

授業内容

T-p分布とその応用（ゴムの長さ、普通の固体の熱膨張）

事後学習・事前学習

講義内容の復習と次回講義内容の予習

4時間

第8回

授業形態

対面

授業内容

グランドカノニカル分布とその応用（固体表面への粒子の吸着）、量子力学の概要１

事後学習・事前学習

講義内容の復習とこれまでの講義内容の総復習

4時間

第9回

授業形態

対面

授業内容

中間テスト、量子力学の概要2(水素原子など)

事後学習・事前学習

中間テストの復習と次回講義内容の予習

4時間

第10回

授業形態

対面

授業内容

ボーズ分布とフェルミ分布、中間テストの返却と略解解説

事後学習・事前学習

講義内容の復習と次回講義内容の予習

4時間

第11回

授業形態

対面

授業内容

状態密度、フェルミ分布の応用（理想フェルミ気体：金属の電子比熱)

事後学習・事前学習

講義内容の復習と次回講義内容の予習

4時間

第12回

授業形態

対面

授業内容

ボーズ分布の応用（理想ボーズ気体：光子のplank輻射式、格子振動の比熱)

事後学習・事前学習

講義内容の復習と次回講義内容の予習

4時間

第13回

授業形態

対面

授業内容

相転移の統計力学（Ising磁性体の磁化、Landauの2次相転移理論）

事後学習・事前学習

講義内容の復習とこれまでの講義内容の総復習

4時間

第14回

授業形態

対面

授業内容

期末テストとその解説、BE凝縮と超伝導

事後学習・事前学習

期末テストの復習、講義内容の復習

4時間

第15回

授業形態

遠隔（オンデマンド）

授業内容

確率過程（ブラウン運動と搖動散逸)、統計物理学のまとめ
...　この最終回は、進んだ内容に関するオンデマンドの講義の予定です

事後学習

オンデマンドの動画を見直しての全授業内容の総復習。発展的内容に関する自習。

2時間

成績評価の方法

いくつかの大･小レポートの提出とその完成度、および２回のテストの成績をもとに、総合的に評価する予定です。詳細は講義中にも説明します。

受講生へのフィードバック方法

レポートは添削して返却と解説、テストは略解を公開（または講義中に返却して解説）する予定です。

教科書

小田垣孝　『エッセンシャル統計力学』　裳華房。
基本的には、この教科書に沿って講義しますので、用意されることを強くすすめます。
また、この教科書以外の内容も補足・追加して講義する予定です（講義内で内容が完結するようにします）。

参考書

統計力学は、大学の専門で学ぶ物理としては必須の内容ですので、その教科書は多く出版されています。図書館や書店で、各自に合うものを一冊は見つけて、教科書として用いても良いです。代表的なものをいくつか以下に揚げます。
長岡洋介　『統計力学』　岩波基礎物理学シリーズ。
宮下精二　『熱・統計力学』　培風館。
田崎晴明　『統計力学 I』　培風館。
久保亮五　『大学演習　熱学・統計力学』　裳華房。
ランダウ・リフシッツ　『統計物理学』　岩波書店。

オフィスアワー

場所：　新宿キャンパス高層棟７階　A-0765教室
曜日・時限：　木曜日 3 限
質問は、上記の講義時間中、および講義後に受け付けます。またメール（nakayama@faculty.chiba-u.jp）でも受け付けます！

受講生へのメッセージ

中山の担当は今年２年目で、まだ慣れないところもありますが、よろしくお願いします！！　
統計物理学は、上記「授業の方法」でも触れたように、様々な現象の仕組みがミクロな基礎から分かりますので、その面白さを理解していただけたらと思います。
なお、ここに示した授業計画や成績評価は大まかなものであり、受講状況に応じて授業計画の内容や順番、成績評価は少し変わることもあります。詳しくは、講義中にも説明します！

実務家担当科目

Not applicable

実務経験の内容

教職課程認定該当学科

Department of Applied Physics

その他の資格・認定プログラムとの関連