到達目標
(1) 熱に関連した重要な物理学的性質（特に不可逆性）をエントロピーなどの熱力学的物理量を用いて定量的に説明することができる。
(2) マクロな熱現象をミクロな統計物理的視点でとらえることができる。
(3) 統計物理学の具体的応用例を理解し説明することができる。(B1-4)
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: 熱に関連した重要な物理学的性質（特に不可逆性）をエントロピーなどの熱力学的物理量を用いて定量的に説明することができる。 | □熱に関連した重要な物理学的性質（特に不可逆性やエントロピーなど）を，応用面も含めて定量的に考察することができる。 | □熱に関連した重要な物理学的性質（特に不可逆性やエントロピーなど）を説明できる。
| □熱に関連した重要な物理学的性質（特に不可逆性やエントロピーなど）を説明できない。
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| 評価項目2:マクロな熱現象をミクロな統計物理的視点でとらえることができる。 | □熱現象を統計物理的に表現し，定量的に説明することができる。 | □熱現象を統計物理的に表現することができる。 | □熱現象を統計物理的に表現することができない。 |
| 評価項目3: 統計物理学の具体的応用例を理解し説明することができる。（B1-4） | □統計物理学の具体的応用例を理解し， 定量的な議論を行うことができる。 | □統計物理学の具体的応用例を理解し，定性的に説明することができる。 | □統計物理学の具体的応用例を理解し，説明することができない。 |
学科の到達目標項目との関係
【プログラム学習・教育目標 】 B
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実践指針 （B1）
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実践指針のレベル （B1-4）
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教育方法等
概要:
熱に関する物理学には，大きく分けて２つのアプローチがある。一つは，マクロな（観測可能な）量である温度や圧力といった緒量の相互の関係に注目したもので，これが「熱力学」である。もう一つは，ミクロな粒子運動に注目して，その統計からマクロな量を求めようとする立場で，これを「統計物理学」という。このように，ミクロな状態の統計がものをいう現象は，熱に限らず物理のあらゆる分野で目にすることができる。したがって，統計物理学の考え方は，すべての物理現象を理解する重要な鍵であると言ってもよい。本講義では，熱に関する物理現象をマクロな視点である熱力学的見方とミクロな視点である統計物理学的見方の両面から考える。
授業の進め方・方法:
授業は，講義と自習から成る。講義は板書とスライド（スクリーンへの投影）を併用し平易な説明をする。プリントは配布しないが，ゆっくり講義するのでノートをとってほしい。講義終了時に演習課題を出し、それを解いたものをレポートとして提出してもらう。レポートの内容を評価して成績に反映する。
注意点:
1. 高等学校の「物理基礎」程度の熱の基礎知識を前提とします（本科で熱力学や熱物理学を学んだかどうかは問わない）。熱の基礎は各自で自習して習得しておいてください。
2. 評価基準はルーブリックによるものとします。
3. この科目は学修単位科目であり，１単位あたり１５時間の対面授業を実施します。併せて１単位あたり３０時間の事前学習・事後学習が必要となります。
授業の属性・履修上の区分
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 |
熱力学と統計力学
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温度と熱の定義および測定について理解できる
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| 2週 |
エネルギーの原理
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熱と仕事の等価性，状態量，理想気体，状態変化と内部エネルギーについて理解し，基礎的な計算ができる
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| 3週 |
熱機関 |
熱機関，可逆過程と不可逆過程，カルノーサイクル，永久機関について理解できる
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| 4週 |
熱力学第二法則
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熱力学第二法則について理解できる
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| 5週 |
エントロピー |
不可逆過程，エントロピーについて理解し，基礎的な計算ができる
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| 6週 |
熱力学関数
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エンタルピー，ヘルムホルツの自由エネルギー，ギブスの自由エネルギーについて理解できる
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| 7週 |
ルジャンドル変換
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ルジャンドル変換ダイヤグラムおよびマクスウェル関係式について理解できる
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| 8週 |
開放系と熱平衡
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化学ポテンシャル，熱平衡の諸概念を理解できる
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| 2ndQ |
| 9週 |
熱と分子運動 |
圧力，温度，比熱について，気体分子の運動を通して理解できる
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| 10週 |
マクスウェルの速度分布則
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マクスウェルの速度分布則について理解できる
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| 11週 |
エントロピーの微視的解釈 |
エントロピーの微視的解釈について理解できる
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| 12週 |
情報とエントロピー
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情報量とエントロピーの関係について理解できる
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| 13週 |
エントロピーが生む力 |
エントロピーが生み出す代表的な力であるゴム弾性を統計力学の知識を用いて導き出せる
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| 14週 |
カノニカル分布 |
カノニカル分布の分配関数と自由エネルギーとの関係が理解できる
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| 15週 |
カノニカル分布の応用
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カノニカル分布を用いて理想気体の状態方程式を導き出せる
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| 16週 |
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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 |
評価割合
| レポート | | | | | | 合計 |
| 総合評価割合 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| (1) 熱に関連した重要な物理学的性質（特に不可逆性）をエントロピーなどの熱力学的物理量を用いて定量的に説明することができる。 | 40 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 40 |
| (2) マクロな熱現象をミクロな統計物理的視点でとらえることができる。 | 40 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 40 |
| (3) 統計物理学の具体的応用例を理解し説明することができる。(B1-4) | 20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 |