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uedam1984b 2020年09月10日(木) 11:06:59履歴
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目次
基本的定義への手引き
参考書
序論
1 モデル系の状態
2価モデル系
状態数の数え方と多重度関数
2元合金系
多重度関数の鋭さ
平均値
2価磁気系のエネルギー
例題:調和振動子に対する多重度関数
まとめ
2 エントロピーと温度
基本仮定
確率
例題:アンサンブルの構成
最も確からしい配列
例題:熱的に接触している2つのスピン系
熱平衡
温度
エントロピー
例題:熱の流れによるエントロピーの増加
エントロピー増加の法則
熱力学の法則
対数としてのエントロピー
例題:第2種の永久機関
まとめ
問題
3 ボルツマン分布とヘルムホルツの自由エネルギー
ボルツマン因子
分配関数
例題:2状態系のエネルギーと熱容量
定義:可逆過程
圧力
熱力学の恒等式
ヘルムホルツの自由エネルギー
例題:常磁性系の自由エネルギー極小の性質
微分関係式
マクスウェルの関係式
ZからFの計算
理想気体:外観
例題:箱の中のN個の原子
例題:エネルギーの等分配
例題:混合のエントロピー
まとめ
問題
4 熱輻射とプランク分布
プランク分布関数
プランクの法則とステファン-ボルツマンの法則
放出と吸収:キルヒホッフの法則
表面温度の推定
例題:宇宙黒体残留輻射
電気的雑音
固体におけるフォノン:デバイ理論
フォノンモードの数
まとめ
問題
5 化学ポテンシャルとギブス分布
化学ポテンシャルの定義
例題:理想気体の化学ポテンシャル
内部および全化学ポテンシャル
例題:高度による大気圧の変化
例題:磁場内を動きうる磁性粒子の化学ポテンシャル
例題:電池
化学ポテンシャルとエントロピー
ギブス因子とギブス和
例題:占有率0または1
例題:半導体における不純物原子のイオン化
まとめ
問題
6 理想気体
フェルミ-ディラックの分布関数
ボーズ-アインシュタインの分布関数
古典極限
化学エネルギー
自由エネルギー
圧力
エネルギー
エントロピー
熱容量
例題:サックール-テトロード方程式の実験的テスト
内部自由度をもつ理想気体の化学ポテンシャル
例題:磁場のない場合のスピンエントロピー
可逆等温膨張
等エントロピー可逆膨張
真空への急激な膨張
まとめ
問題
7 フェルミ気体とボーズ気体
フェルミ気体
3次元のフェルミ気体の基底状態
状態密度
電子気体の熱容量
金属中のフェルミ気体
白色矮星
核物質
ボーズ粒子気体とアインシュタイン凝縮
絶対零度近くでの化学ポテンシャル
例題:自由原子の最低軌道と第2番目の最低軌道との間隔
軌道占拠数と温度
アインシュタイン凝縮温度
液体ヘリウム4He
ヘリウムの相の関係
準粒子と超流動性, 4He
3Heの超流動相
まとめ
問題
8 熱と仕事
エネルギーとエントロピーの移動:熱と仕事の定義
熱機関:熱の仕事への転化
冷却機
空調機と熱ポンプ
カルノー・サイクル
例題:理想気体に対するカルノー・サイクル
エネルギー転換と熱力学の第2法則
熱と仕事との経路依存性
非可逆な仕事
例題:理想気体の急激な膨張
一定温度あるいは一定圧力のもとでの熱と仕事
例題:電気分解と燃料電池
化学的仕事
例題:理想気体に対する化学的仕事
磁気的仕事と超伝導体
まとめ
問題
9 ギブスの自由エネルギーと化学反応
ギブスの自由エネルギー
例題:GとFとの比較
反応における平衡
理想気体に対する平衡
例題:原子状水素と分子状水素との平衡
例題:pHと水のイオン化
例題:質量作用則に対する運動学的なモデル
まとめ
問題
10 相転移
蒸気圧の方程式
共存曲線の導出(p対τ)
例題:気体-固体平衡に対するモデル体系
ファン・デル・ワールスの状態方程式
平均場の方法
ファン・デル・ワールス気体に対する臨界点
ファン・デル・ワールス気体のギブスの自由エネルギー
強磁性
相転移のランダウ理論
例題:強磁性体
1次相転移
まとめ
問題
11 二元混合物
溶解度のギャップ
混合のエネルギーとエントロピー
例題:最近接相互作用を行う2元合金
例題:異なる結晶構造をもつ2種の固体間の混合
例題:低温における液体の3He-4Heの混合
簡単な溶解度ギャップに対する相図
液体混合物と固体混合物の間の相の平衡
まとめ
問題
12 低温学
膨張エンジン内の外的仕事による冷却
ジュール-トムソン効果による気体の液化
例題:ファン・デル・ワールス気体に対するジュール-トムソン効果
蒸発冷却:ポンプで吸い出されたヘリウムによって, 0.3Kへ
ヘリウム希釈冷凍機:ミリ度
断熱消磁:絶対零度への追求
原子核消磁
まとめ
問題
13 半導体統計
エネルギーバンド;フェルミ準位;電子とホール
古典領域
質量作用の法則
純粋半導体のフェルミ準位
n型とp型の半導体
ドナーとアクセプター
不純物半導体におけるフェルミ準位
縮退した半導体
不純物準位
ドナー準位の占め方
例題:半絶縁性のガリウムアルセナイド(GaAs)
p-n接合
逆バイアスをかけたp-n接合
非平衡の半導体
擬フェルミ準位
電流の流れ:ドリフトと拡散
例題:注入レーザー
例題:不純物準位を介するキャリアの再結合
まとめ
問題
14 気体運動論
理想気体法則の運動論
マクスウェルの速度分布
衝突断面積と平均自由行程
輸送過程
粒子の拡散
熱伝導率
粘性
一般的な力
アインシュタインの関係
詳細つり合いの運動学
進んだ取り扱い:ボルツマンの輸送方程式
粒子の拡散
古典分布
フェルミ-ディラック分布
電気伝導度
希釈気体の法則
孔を通しての分子の流れ
例題:長い管を通しての流れ
ポンプのスピード
まとめ
問題
15 伝播
熱伝導の方程式
分散関係, ω対k
温度振動の侵入
パルスの伝播
x=0において, 境界条件が固定されている場合の拡散
時間に依存しない分布
気体中での音波の伝播
熱緩和
例題:音波内の熱の移動
まとめ
問題
付録A 指数関数を含むいくつかの積分
ガウス積分
一般化したガウス積分, およびガンマ関数で表される積分
スターリングの近似
付録B 温度スケール
ケルビンの温度スケールの定義
1次温度計と2次温度計
熱力学的温度測定
国際実用温度スケール(IPTS)
付録C ポアソン分布
例題:状態の間違った数え方と正しい数え方
例題:P(0)の初等的導出
問題
付録D 圧力
付録E 負の温度
負の温度に関するより程度の高い参考文献
事項索引
人名索引
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目次
基本的定義への手引き
参考書
序論
1 モデル系の状態
2価モデル系
状態数の数え方と多重度関数
2元合金系
多重度関数の鋭さ
平均値
2価磁気系のエネルギー
例題:調和振動子に対する多重度関数
まとめ
2 エントロピーと温度
基本仮定
確率
例題:アンサンブルの構成
最も確からしい配列
例題:熱的に接触している2つのスピン系
熱平衡
温度
エントロピー
例題:熱の流れによるエントロピーの増加
エントロピー増加の法則
熱力学の法則
対数としてのエントロピー
例題:第2種の永久機関
まとめ
問題
3 ボルツマン分布とヘルムホルツの自由エネルギー
ボルツマン因子
分配関数
例題:2状態系のエネルギーと熱容量
定義:可逆過程
圧力
熱力学の恒等式
ヘルムホルツの自由エネルギー
例題:常磁性系の自由エネルギー極小の性質
微分関係式
マクスウェルの関係式
ZからFの計算
理想気体:外観
例題:箱の中のN個の原子
例題:エネルギーの等分配
例題:混合のエントロピー
まとめ
問題
4 熱輻射とプランク分布
プランク分布関数
プランクの法則とステファン-ボルツマンの法則
放出と吸収:キルヒホッフの法則
表面温度の推定
例題:宇宙黒体残留輻射
電気的雑音
固体におけるフォノン:デバイ理論
フォノンモードの数
まとめ
問題
5 化学ポテンシャルとギブス分布
化学ポテンシャルの定義
例題:理想気体の化学ポテンシャル
内部および全化学ポテンシャル
例題:高度による大気圧の変化
例題:磁場内を動きうる磁性粒子の化学ポテンシャル
例題:電池
化学ポテンシャルとエントロピー
ギブス因子とギブス和
例題:占有率0または1
例題:半導体における不純物原子のイオン化
まとめ
問題
6 理想気体
フェルミ-ディラックの分布関数
ボーズ-アインシュタインの分布関数
古典極限
化学エネルギー
自由エネルギー
圧力
エネルギー
エントロピー
熱容量
例題:サックール-テトロード方程式の実験的テスト
内部自由度をもつ理想気体の化学ポテンシャル
例題:磁場のない場合のスピンエントロピー
可逆等温膨張
等エントロピー可逆膨張
真空への急激な膨張
まとめ
問題
7 フェルミ気体とボーズ気体
フェルミ気体
3次元のフェルミ気体の基底状態
状態密度
電子気体の熱容量
金属中のフェルミ気体
白色矮星
核物質
ボーズ粒子気体とアインシュタイン凝縮
絶対零度近くでの化学ポテンシャル
例題:自由原子の最低軌道と第2番目の最低軌道との間隔
軌道占拠数と温度
アインシュタイン凝縮温度
液体ヘリウム4He
ヘリウムの相の関係
準粒子と超流動性, 4He
3Heの超流動相
まとめ
問題
8 熱と仕事
エネルギーとエントロピーの移動:熱と仕事の定義
熱機関:熱の仕事への転化
冷却機
空調機と熱ポンプ
カルノー・サイクル
例題:理想気体に対するカルノー・サイクル
エネルギー転換と熱力学の第2法則
熱と仕事との経路依存性
非可逆な仕事
例題:理想気体の急激な膨張
一定温度あるいは一定圧力のもとでの熱と仕事
例題:電気分解と燃料電池
化学的仕事
例題:理想気体に対する化学的仕事
磁気的仕事と超伝導体
まとめ
問題
9 ギブスの自由エネルギーと化学反応
ギブスの自由エネルギー
例題:GとFとの比較
反応における平衡
理想気体に対する平衡
例題:原子状水素と分子状水素との平衡
例題:pHと水のイオン化
例題:質量作用則に対する運動学的なモデル
まとめ
問題
10 相転移
蒸気圧の方程式
共存曲線の導出(p対τ)
例題:気体-固体平衡に対するモデル体系
ファン・デル・ワールスの状態方程式
平均場の方法
ファン・デル・ワールス気体に対する臨界点
ファン・デル・ワールス気体のギブスの自由エネルギー
強磁性
相転移のランダウ理論
例題:強磁性体
1次相転移
まとめ
問題
11 二元混合物
溶解度のギャップ
混合のエネルギーとエントロピー
例題:最近接相互作用を行う2元合金
例題:異なる結晶構造をもつ2種の固体間の混合
例題:低温における液体の3He-4Heの混合
簡単な溶解度ギャップに対する相図
液体混合物と固体混合物の間の相の平衡
まとめ
問題
12 低温学
膨張エンジン内の外的仕事による冷却
ジュール-トムソン効果による気体の液化
例題:ファン・デル・ワールス気体に対するジュール-トムソン効果
蒸発冷却:ポンプで吸い出されたヘリウムによって, 0.3Kへ
ヘリウム希釈冷凍機:ミリ度
断熱消磁:絶対零度への追求
原子核消磁
まとめ
問題
13 半導体統計
エネルギーバンド;フェルミ準位;電子とホール
古典領域
質量作用の法則
純粋半導体のフェルミ準位
n型とp型の半導体
ドナーとアクセプター
不純物半導体におけるフェルミ準位
縮退した半導体
不純物準位
ドナー準位の占め方
例題:半絶縁性のガリウムアルセナイド(GaAs)
p-n接合
逆バイアスをかけたp-n接合
非平衡の半導体
擬フェルミ準位
電流の流れ:ドリフトと拡散
例題:注入レーザー
例題:不純物準位を介するキャリアの再結合
まとめ
問題
14 気体運動論
理想気体法則の運動論
マクスウェルの速度分布
衝突断面積と平均自由行程
輸送過程
粒子の拡散
熱伝導率
粘性
一般的な力
アインシュタインの関係
詳細つり合いの運動学
進んだ取り扱い:ボルツマンの輸送方程式
粒子の拡散
古典分布
フェルミ-ディラック分布
電気伝導度
希釈気体の法則
孔を通しての分子の流れ
例題:長い管を通しての流れ
ポンプのスピード
まとめ
問題
15 伝播
熱伝導の方程式
分散関係, ω対k
温度振動の侵入
パルスの伝播
x=0において, 境界条件が固定されている場合の拡散
時間に依存しない分布
気体中での音波の伝播
熱緩和
例題:音波内の熱の移動
まとめ
問題
付録A 指数関数を含むいくつかの積分
ガウス積分
一般化したガウス積分, およびガンマ関数で表される積分
スターリングの近似
付録B 温度スケール
ケルビンの温度スケールの定義
1次温度計と2次温度計
熱力学的温度測定
国際実用温度スケール(IPTS)
付録C ポアソン分布
例題:状態の間違った数え方と正しい数え方
例題:P(0)の初等的導出
問題
付録D 圧力
付録E 負の温度
負の温度に関するより程度の高い参考文献
事項索引
人名索引
- 「Excel で試す非線形力学」
- 社会現象の計算機実験―MathematicaとExcelを使って
- Excelコンピュータシミュレーション - 数学モデルを作って楽しく学ぼう
- Excelによる振動系のダイナミクス
- キャレン_熱力学および統計物理入門〈上〉 (物理学叢書)
- キャレン_熱力学および統計物理入門〈下〉 (物理学叢書)
- 久保亮五_大学演習 熱学・統計力学
- グライナー_熱力学・統計力学 (SPRINGER UNIVERSITY TEXTBOOKS)
- グライナー_量子力学概論
- キッテル_熱物理学
- 熱物理学・統計物理学演習―キッテルの理解を深めるために
- キッテル 固体物理学入門 第8版〈上〉
- キッテル 固体物理学入門 第8版〈下〉
- 固体物理学演習―キッテルの理解を深めるために
- ライフ_統計熱物理学の基礎(下)
- ランダウ_統計物理学 上
- ランダウ_統計物理学 下
- 生物物理学における非平衡の熱力学
- 散逸構造―自己秩序形成の物理学的基礎
- 構造・安定性・ゆらぎ――その熱力学的理論
- 存在から発展へ――物理科学における時間と多様性
- プリゴジンの考えてきたこと (岩波科学ライブラリー (67))
- カオス入門―現象の解析と数理
- 統計力学 (岩波基礎物理シリーズ 7)
- 統計力学 (講談社基礎物理学シリーズ)
- 非平衡系の統計力学 (岩波基礎物理シリーズ (8))
- 非平衡系の秩序と乱れ
- 非平衡系の物理学
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