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相関理化学特論

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令和２年度以降入学者 相関理化学特論
教員名 野口真理子
単位数    2 課程 前期課程 開講区分 文理学部
科目群 相関理化学専攻
学期 後期 履修区分 選択必修
授業形態 対面授業
授業の形態 対⾯授業
対面で実施する。また講義資料の共有はCanvas LMSを用いて行うため，初回講義開始までにCanvas LMSのコース登録をすること。
Canvas LMSコースID・コース名称 Y00162A01　2024相関理化学特論（野口真理子・後・水1）
授業概要 物質のマクロとしての性質を記述する熱力学は物性研究において今なお重要な役割を果たしている。
本講義では，熱力学の基礎とその物理学や化学への基本的な応用について学ぶ。すでに学部の講義において，熱力学を学んだ受講生が多いと思われるが，そのような受講生にとっては，熱力学の理論体系について再度整理し，理解を深めることを目指す。
授業のねらい・到達目標 ＜授業のねらい＞

・マクロな系の性質を扱うために重要な熱力学の基礎を身に付ける。

＜到達目標＞

・熱力学における平衡状態の記述の仕方，等温操作と断熱操作について説明できる。
・Helmholtzの自由エネルギーとGibbsの自由エネルギーの性質や応用について理解できる。
・相転移や化学反応と熱力学の関わりを説明できる。
授業の形式 講義、演習
授業の方法 ①講義は教員による説明と，関連する問題の演習および解説を中心に行う。
②講義資料がある場合には，事前にCanvas LMSコース中に掲載する。履修者は，各自講義までにダウンロードしておくこと。
③教員による説明はパワーポイントで作成したスライドと黒板を併用して行う。
④各回において，講義内容と関連した問題演習を授業時間内で行う。問題演習時は，特にグループ分けはしないが，履修者同士相談しながら問題を解いてもよい。
⑤演習問題の解説は次回の講義の冒頭で実施する。スライドや黒板を用いて，間違いが多かった点などについてフィードバックを行う。
授業計画
1 ガイダンス，熱力学の復習
【事前学習】シラバスをよく読み，授業全体の流れを理解しておく。 （2時間）
【事後学習】熱力学の位置づけについて復習し，まとめておく。 （2時間）
【授業形態】対面授業
2 気体の熱力学から普遍的な熱力学へ，平衡状態の記述
【事前学習】気体の状態方程式について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】状態方程式と平衡状態について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【授業形態】対面授業
3 等温操作とKelvinの定理
【事前学習】等温操作について調べ，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】Kelvinの定理について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【授業形態】対面授業
4 等温操作とHelmholtzの自由エネルギー
【事前学習】等温操作について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】Helmholtzの自由エネルギーについて復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【授業形態】対面授業
5 断熱操作とエネルギー
【事前学習】断熱操作について調べ，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】理想気体における断熱操作について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【授業形態】対面授業
6 熱とCarnotの定理
【事前学習】Carnotの定理について調べ，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】Carnotサイクルについて復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【授業形態】対面授業
7 エントロピー
【事前学習】可逆操作，不可逆操作について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】エントロピーについて復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【授業形態】対面授業
8 Helmholtzの自由エネルギーとMaxwellの関係式
【事前学習】偏微分について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】Helmholtzの自由エネルギーとMaxwellの関係式について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【授業形態】対面授業
9 変分原理，相図とClaoeyronの関係
【事前学習】Helmholtzの自由エネルギーについて復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】変分原理と相図について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【授業形態】対面授業
10 Gibbsの自由エネルギー
【事前学習】Helmholtzの自由エネルギーの偏微分について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】Gibbsの自由エネルギーについて復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【授業形態】対面授業
11 多成分系の自由エネルギー
【事前学習】HelmholtzとGibbsの自由エネルギーについて復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】多成分系の自由エネルギーについて復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【授業形態】対面授業
12 多成分系の熱力学の応用，化学反応における平衡
【事前学習】多成分系の熱力学について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】化学反応における平衡の熱力学について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【授業形態】対面授業
13 強磁性体の熱力学
【事前学習】相図について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】強磁性体の熱力学について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【授業形態】対面授業
14 レポートに関連する問題演習と質疑応答
【事前学習】レポートのテーマに関わる問題について，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】問題で用いる理論や数式について復習しておく。 （2時間）
【授業形態】対面授業
15 これまでの復習と解説
【事前学習】これまでの講義内容を復習しておく。 （2時間）
【事後学習】解けなかった問題を再度解いておく。 （2時間）
【授業形態】対面授業
その他
教科書 使用しない
参考書 田崎晴明著 『新物理学シリーズ32 熱力学　現代的な視点から』 培風館
成績評価の方法及び基準 レポート:レポート(70%)、授業参画度:講義内で行う演習問題への取り組みとその正答率(30%)
オフィスアワー 授業後またはCanvas LMSを介して質問を受け付ける。

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