タイトル

開講年度 開講学部等
2025 理学部
開講学期 曜日時限 授業形態 AL（アクティブ・ラーニング）ポイント
後期 火5～6,金3～4 講義 5.0
時間割番号 科目名[英文名] 使用言語 単位数
1042210035 統計力学Ⅱ[Statistical MechanicsⅡ] 日本語 3
担当教員（責任）[ローマ字表記] メディア授業
坂井　伸之[SAKAI Nobuyuki] ー
担当教員[ローマ字表記]
坂井　伸之　[SAKAI Nobuyuki], 齊藤　遼　[SAITOH Ryo]
特定科目区分   対象学生   対象年次 3～4
ディプロマ・ポリシーに関わる項目 カリキュラムマップ(授業科目とDPとの対応関係はこちらから閲覧できます)
授業の目的と概要
巨視的な熱力学現象を、確率・統計の手法を使ってミクロの立場から理解しようとする考え方を学習します。
その準備として、初めに熱力学の復習と、確率・統計の基礎の学習をします。
熱力学と統計力学IIを履修していることが前提です。
授業の到達目標
統計力学の基礎を理解する。特に、フェルミ統計とボース統計の概念を理解し応用ができるようになる。
授業計画
【全体】
1週に2コマ（講義1+演習1）の授業です。
項目 内容 授業時間外学習 備考
第1回 講義１：統計力学Iの復習１ 熱力学 授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第2回 演習１：ガイダンス & 復習 講義１の演習 授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第3回 講義２：統計力学Iの復習２ 気体分子運動論
カノニカル分布 		授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第4回 演習２：統計力学Iの復習 ２原子分子 授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第5回 講義３：調和振動子と熱力学第3法則 調和振動子
熱力学第3法則 		授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第6回 演習３：熱力学第３法則 講義３の演習 授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第7回 講義４：グランドカノニカル分布 グランドカノニカル分布の導入
グランドポテンシャル
理想気体 		授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第8回 演習４：グランドカノニカル分布 講義４の演習 授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第9回 講義５：黒体放射 黒体放射とシュテファン=ボルツマンの法則
空洞放射とレイリー=ジーンズの法則
プランクの法則 		授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第10回 演習５：黒体放射 講義５の演習 授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第11回 講義６：固体の比熱 アインシュタイン比熱（復習）
1 次元格子振動模型
デバイ模型 		授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第12回 演習６：フォノンと比熱 講義６の演習 授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第13回 講義７：フェルミ粒子とボース粒子 同種粒子と波動関数の対称性
なぜグランドカノニカル分布か?
フェルミ統計とボース統計 		授業内容を復習し、課題についてレポートを作成し提出する。(計120分)
第14回 演習７：復習 前半の復習 授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第15回 中間試験 中間試験 中間試験を受けて不明な箇所について、自分で調べたり質問して復習する。(90分以上)
第16回 中間試験の復習 中間試験の解説 授業を受けて不明な箇所について、自分で調べたり質問して復習する。(90分以上)
第17回 講義８：理想気体の量子補正 理想気体:古典的極限の再導出
理想気体:量子補正 		授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第18回 演習８：フェルミ統計とボーズ統計 講義７の演習 授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第19回 講義９：フェルミ縮退 フェルミ縮退
有限温度での理想フェルミ気体 		授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第20回 演習９：理想量子気体 講義８の演習 授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第21回 講義10：ボース=アインシュタイン凝縮 ボース=アインシュタイン凝縮
実験による検証 		授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第22回 演習11：フェルミ縮退 講義９の演習 授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第23回 講義11：相転移と臨界現象(1) 相転移とは
1次元イジング模型
転送行列の方法 		授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第24回 演習11：ボース=アインシュタイン凝縮 講義10の演習 授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第25回 講義12：相転移と臨界現象(2) イジング模型における相転移
相転移の直観的解釈
臨界指数 		授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第26回 演習12：復習 演習８〜11の復習 授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第27回 講義13：宇宙の統計熱力学(1) 放射の統計力学
有効自由度 g∗ で見る宇宙の熱的進化 		授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第28回 演習13：スピン系 講義11の演習 授業内容を復習し、課題に取り組む。(90分以上)
第29回 講義14：宇宙の統計熱力学(2) 宇宙の晴れ上がり これまでの授業内容全体について復習し、期末試験の準備をする。(3時間以上)
第30回 演習14：相転移
 		講義12の演習 これまでの授業内容全体について復習し、期末試験の準備をする。(3時間以上)
第31回 第31回：期末試験
第32回：期末試験の解説 		期末試験
期末試験の解説 		期末試験を受けて不明な箇所について、自分で調べたり質問して復習する。(2時間)
※AL（アクティブ・ラーニング）欄に関する注
・授業全体で、AL（アクティブ・ラーニング）が占める時間の割合を、それぞれの項目ごとに示しています。
・A〜Dのアルファベットは、以下の学修形態を指しています。
【A：グループワーク】、【B：ディスカッション・ディベート】、【C：フィールドワーク（実験・実習、演習を含む）】、【D：プレゼンテーション】
A: --%　B: --%　C: 25%　D: 25%
成績評価法
講義小テスト+レポート25%、演習レポート+プレゼンテーション25%、中間試験25%、期末試験25%
教科書にかかわる情報
備考
毎回プリントを配布します。
参考書にかかわる情報
参考書 書名 統計力学 ISBN 9784061572089
著者名 北原和夫、杉山忠男 出版社 講談社 出版年 2010
備考
なし。演習問題は、Moodleを使って配布と提出を行います。
メッセージ
キーワード
エントロピー、熱力学第３法則、カノニカル分布、黒体放射、固体の比熱、フェルミ分布、ボース分布、相転移
持続可能な開発目標（SDGs）

  • エネルギーをみんなに そしてクリーンに
  • 産業と技術革新の基盤をつくろう
(エネルギー)すべての人々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的エネルギーへのアクセスを確保する。
(インフラ、産業化、イノベーション)強靱（レジリエント）なインフラ構築、包摂的かつ持続可能な産業化の促進及びイノベーションの推進を図る。
関連科目
熱力学、統計力学II、量子力学、物性物理学、宇宙物理学、相対論
履修条件
力学II， 連続体物理学, 量子力学I, 統計力学Iを履修していること。
連絡先
理学部本館2階201　坂井研究室　nsakai@yamaguchi-u.ac.jp
理学部本館2階204　齊藤研究室　rsaito@yamaguchi-u.ac.jp
http://www.nsakai.sci.yamaguchi-u.ac.jp
オフィスアワー
坂井担当時間は以下の通りですが、都合により変更することがあります。
前期4月11日〜8月1日：金曜12:05〜12:55
後期10月2日〜1月29日：木曜12:05〜12:55
この時間以外に相談を希望する場合は、事前にメールで申し込んで下さい。

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