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材料科学者のための統計熱力学入門






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書籍情報
「材料科学者のための物理入門」シリーズ最新刊.統計熱力学について,材料科学や物性物理学を学ぼうとする方を対象とし,物質の熱的性質について,古典熱力学との対応も留意して書き下ろした入門書である.本書の姉妹編「材料科学者のための量子力学入門」と合わせて読むことをお薦めする.シリーズのモットー「分かりやすく,具体的に」,「直感的なイメージと数式を一体として理解する」方針を貫いた好著.
材料科学者のための統計熱力学入門
A5/136頁 定価(本体2300円+税) 978-4-7536-5556-4
志賀正幸(理学博士) 著
まえがき 著者略歴

目 次
1 序論―アインシュタイン・モデルによる固体の比熱―

1.1 古典熱力学による比熱の定義

1.2 アインシュタイン・モデル

1.3 ボルツマン分布
●ラグランジュの未定係数法とは?

1.4 状態和と温度―定数α, β の意味―
●少数原子での統計分布

1.5 アインシュタイン・モデルによる固体の比熱

1.6 そもそも温度とは?
熱力学温度の定義/微視的(ミクロ)な観点からの温度の定義

1.7 エントロピー
古典熱力学でのエントロピー/統計熱力学でのエントロピー
●熱力学の第3法則

1.8 自由エネルギーと状態和
ヘルムホルツの自由エネルギー/自由エネルギーの微分表示/状態和から自由エネルギーを求める


2 より一般的な統計熱力学

2.1 古典熱力学の復習
熱力学の基本法則/種々の熱力学量/粒子数が変化する系

2.2 統計熱力学の基礎概念
用語の定義/統計集合の種類/基本仮定

2.3 統計熱力学理論の展開
出発点としてのエントロピーの定義/正準集合での熱力学量/開いた系の熱力学量と大正準集合/小正準集合での熱力学量

2.4 実際の系への統計熱力学の適用


3 基本的な系の統計熱力学

3.1 理想気体―古典粒子の統計力学―
状態和と自由エネルギー/理想気体の熱力学量/マクスウェルの速度分布則
●理想気体の状態密度

3.2 量子統計
フェルミ-ディラック分布則/フェルミ準位と電子ガスへの応用
●金属中の自由電子
ボース-アインシュタイン統計/ボース-アインシュタイン凝縮
●液体ヘリウムの超流動
プランク分布とプランクの熱放射則
●固体の低温比熱とT3則―デバイ・モデル―

3.3 2準位系と常磁性体の磁化率
状態和/熱力学量/磁気モーメントMと常磁性体の磁化率χ

3.4 固体の平衡蒸気圧
気相の化学ポテンシャル/固相の化学ポテンシャル

3.5 化学反応の平衡
平衡条件/各成分の化学ポテンシャル/質量作用の法則/一般的な化学反応への拡張


4 材料科学への応用

4.1 固体の空孔濃度

4.2 合金の規則不規則変態―ブラッグ-ウィリアムズ近似―

4.3 強磁性体と2次の相転移
ハイゼンベルグ・ハミルトニアンとイジング・モデル/分子場モデル/協力現象とキュリー温度付近の磁化と比熱/2次の相転移

4.4 帯電粒子のふるまい
異種金属の接触電位差と熱起電力/電池の原理

4.5 半導体のフェルミ準位
エネルギーバンド理論―多原子分子からのアプローチ―/金属,絶縁体,半導体/絶縁体・真性半導体のフェルミ準位/不純物半導体のフェルミ準位/不純物半導体の機能


付録A Lagrangeの未定係数法の証明
付録B 箱の中の自由粒子の状態密度



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