到達目標
物性化学の基礎を学び、材料の特性や応用について理解を深める。
・固体中を伝搬する弾性波の波数依存性を説明できる。
・固体の熱容量の温度特性について説明できる。
・一次元結晶のエネルギー~波数関係図(バンド図)を描くことができる。
・バンド図を使って導体と絶縁体の違いを説明できる。
・半導体のドーピング、pn接合について説明できる。
・分極の種類を3つ以上例示できる。
・固体の基礎吸収、直接遷移、間接遷移を説明できる。
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安 | 標準的な到達レベルの目安 | 未到達レベルの目安 |
評価項目1 | 固体の格子振動について理解し弾性波の伝搬特性を説明できる。 | 固体中の弾性波の伝搬特性を説明できる。 | 弾性波の伝搬特性を説明できない。 |
評価項目2 | 規則的ポテンシャル場におけるバンド図を描くことができ、それを使って導体と絶縁体の違いを説明できる。 | バンド図を使って導体と絶縁体の違いを説明できる。 | バンド図を使って導体と絶縁体の違いを説明できない。 |
評価項目3 | バンド図を使って固体の基礎吸収、直接遷移、間接遷移を説明できる。 | 固体の直接遷移と間接遷移を説明できる。 | 固体の光吸収について説明できない。 |
評価項目4 | 分極について充分に理解し3つ以上の例を上げることができる。 | 分極の種類を3つ以上例示できる。 | 分極の種類を例示できない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
固体をつくる化学結合について学び、格子振動と熱的性質を学ぶ。一次元結晶を例にしてバンド図を学び、それを基礎とする電気的性質や光学的性質を学ぶ。さらに、誘電的性質を学ぶ。
この科目は企業で機能性有機物質の研究開発(合成・構造解析・物性評価)に携わっていた教員が、その経験を活かし、物性化学の基礎(格子振動・熱的性質・電子構造・電気的性質・光学的性質等)について講義形式で授業を行うものである。
授業の進め方・方法:
座学
注意点:
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
ガイダンス 固体をつくる化学結合 |
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2週 |
格子振動 |
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3週 |
熱的性質 |
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4週 |
金属の自由電子(1) 一次元の自由電子 |
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5週 |
金属の自由電子(2) 三次元の自由電子 状態密度 |
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6週 |
金属の自由電子(3) フェルミ・ディラック分布 電子数密度 |
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7週 |
金属の自由電子(4) フェルミ面 |
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8週 |
中間試験 |
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2ndQ |
9週 |
エネルギーバンド(1) 自由電子 |
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10週 |
エネルギーバンド(2) 周期的ポテンシャル場 |
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11週 |
金属の導電性 バンド図による理解 |
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12週 |
結晶中の電子の運動 波束、群速度、有効質量 |
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13週 |
光学的性質(1) 直接遷移 間接遷移 |
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14週 |
光学的性質(2) 光物理過程 励起子吸収 |
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15週 |
期末試験 |
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16週 |
誘電的性質 |
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
専門的能力 | 分野別の専門工学 | 化学・生物系分野 | 物理化学 | 熱力学の第一法則の定義と適用方法を説明できる。 | 4 | |
エンタルピーの定義と適用方法を説明できる。 | 4 | |
化合物の標準生成エンタルピーを計算できる。 | 4 | |
エンタルピーの温度依存性を計算できる。 | 4 | |
内部エネルギー、熱容量の定義と適用方法を説明できる。 | 4 | |
平衡の記述(質量作用の法則)を説明できる。 | 4 | |
諸条件の影響(ルシャトリエの法則)を説明できる。 | 4 | |
均一および不均一反応の平衡を説明できる。 | 4 | |
熱力学の第二・第三法則の定義と適用方法を説明できる。 | 4 | |
純物質の絶対エントロピーを計算できる。 | 4 | |
化学反応でのエントロピー変化を計算できる。 | 4 | |
化合物の標準生成自由エネルギーを計算できる。 | 4 | |
反応における自由エネルギー変化より、平衡定数・組成を計算できる。 | 4 | |
平衡定数の温度依存性を計算できる。 | 4 | |
反応速度の定義を理解して、実験的決定方法を説明できる。 | 4 | |
反応速度定数、反応次数の概念を理解して、計算により求めることができる。 | 4 | |
連続反応、可逆反応、併発反応等を理解している。 | 4 | |
律速段階近似、定常状態近似等を理解し、応用できる。 | 4 | |
電池反応と電気分解を理解し、実用例を説明できる。 | 4 | |
評価割合
| 試験 | 発表 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
総合評価割合 | 80 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 100 |
基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
専門的能力 | 80 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 100 |
分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |