Thermodynamics

Numbering Code U-LAS12 10009 LJ57 Year/Term 2022 ・ Second semester
Number of Credits 2 Course Type Lecture
Target Year Mainly 1st year students Target Student For science students
Language Japanese Day/Period Thu.3
Instructor name KINOSHITA TOSHIYA (Graduate School of Human and Environmental Studies Professor)
Outline and Purpose of the Course 熱現象に関わる物理学である熱力学 について講義する。巨視的物理法則とは何か、不可逆性とは何かなどを理解することを目的とする。
Course Goals 経験則から導かれた熱現象に関する物理法則と巨視的な物理量の間に成り立つ普遍的な関係式を理解し、熱力学の基本的な体系を習得することを目標とする。
Schedule and Contents 温度・熱・仕事など熱現象に関わる基本的な諸概念の導入、それらの間の相互の関係の定式化に始まり、巨視的な系を支配する熱力学法則体系の理解と、その応用に及ぶ。授業では主に以下の内容について、フィードバックを含め全15回として、各項目あたり2~3回で講義を進める。

1. 熱力学を学ぶうえで必要な基本的事項、諸概念の導入
 熱力学を学ぶ意義を説明し、偏微分と全微分、熱平衡状態、状態変数、準静的過程など基礎的事項・概念の導入を行う。

2. 熱力学第1法則
 エネルギー保存則の熱現象への拡張である「熱力学第一法則」を説明し、あわせて理想気体の性質についても説明する。

3. 熱機関および熱力学第2法則
 熱力学の体系上、最も重要な熱力学的サイクルであるカルノーサイクルについて説明し、経験則に立脚し、熱現象の不可逆性を規定する「熱力学第2法則」および可逆、不可逆サイクルについて解説する。

4. 状態量としてのエントロピー
 一般的な熱機関に関して成り立つクラウジウスの不等式と状態量としてのエントロピーを導出し、さらに熱力学第2法則をエントロピーを用いて表現する。

5. 自由エネルギーなど各種熱力学関数の導入とその応用
種々の熱力学関数を導入し、物質に関係なく普遍的に成り立つマクスウェルの関係式を導出し、さらに様々な条件下での熱平衡条件および熱力学的安定性についても説明する。
Evaluation Methods and Policy レポート(2回分あわせて3割)と定期試験(7割)の結果に基づき評価する。詳しくは、初回講義時に説明する。
Course Requirements 受講者は「物理学基礎論A」(力学)を履修していることが望ましい。
偏微分など講義で必要とする数学については適宜、補足する。
Study outside of Class (preparation and review) 講義をもとに自学することをすすめる。
References, etc. 初回講義時に、講義内容について参考とした本やノートを幾つか紹介する。
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