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Excelで学ぶ熱力学と統計力学

Excelで学ぶ熱力学と統計力学

  • 著者山本 将史
  • 定価2,970円 (本体2,700円+税)
  • 判型A5
  • 264頁
  • ISBN978-4-274-05071-8
  • 発売日2015/04/04
  • 発行元オーム社

Excelで「熱」のシミュレーションができる!!

本書は、Excelを使って熱力学(高校物理では「熱」)と統計力学を勉強するものです。
「熱」という、身近だけど「エントロピー」という不思議なものを扱う熱力学と、かなり抽象的でわかりにくい分布関数を扱う統計力学を、Excelでシミュレーションしながら学ぶことができます。式のカタチだけでなく、具体的な挙動をExcelのグラフで確認することができます。また例題や章末問題も用意してありますので、自習にも役立ちます。
はじめに

第1章 熱力学と統計力学
 1.1 熱力学とは
 1.2 熱力学と統計力学の違い
 1.3 Excel サンプルファイルの利用法
  1.3.1 サンプルファイルのダウンロード方法
  1.3.2 マクロのセキュリティ設定方法
  1.3.3 マクロの「信頼できる場所」を設定する方法
  1.3.4 [開発]タブを表示する方法
 第1章のまとめ
 第1章 演習問題
 COLUMN 熱と温度

第2章 温度と熱平衡状態(熱力学の第0法則)
 2.1 温度とは
 2.2 熱平衡状態とは
 2.3 熱力学環境について
 2.4 熱力学状態量について
 2.5 ボイル?シャルルの法則
  2.5.1 ボイルの法則
  2.5.2 シャルルの法則
  2.5.3 ボイル?シャルルの法則
 2.6 状態方程式
  2.6.1 ファン・デル・ワールスの状態方程式
 第2章のまとめ
 第2章 演習問題
 COLUMN 摂氏温度と華氏温度

第3章 内部エネルギーとエネルギー保存則(熱力学の第1法則)
 3.1 熱力学の第1 法則
 3.2 準静的過程とサイクル
  3.2.1 準静的過程
  3.2.2 圧力が一定の場合の外からの仕事
 COLUMN 第1 種の永久機関
 3.3 比熱と様々な変化
  3.3.1 定積変化
  3.3.2 定圧変化
  3.3.3 等温変化
  3.3.4 断熱変化
 3.4 理想気体
  3.4.1 理想気体の内部エネルギー
  3.4.2 理想気体の比熱
 COLUMN 全微分と偏微分
 第3章のまとめ
 第3章 演習問題

第4章 不可逆過程とエントロピー(熱力学の第2法則)
 4.1 可逆過程と不可逆過程
 4.2 トムソンの原理
 COLUMN 第2種の永久機関
 4.3 クラウジウスの原理
 4.4 カルノーサイクル(カルノーの定理)
  4.4.1 熱機関の効率
 4.5 熱機関の効率
 4.6 クラウジウスの不等式
  4.6.1 熱力学的温度
 4.7 エントロピー
  4.7.1 不可逆過程でのエントロピーの変化
 4.8 エントロピーの増大の法則
  4.8.1 熱力学の第3法則
 第4章のまとめ
 第4章 演習問題

第5章 熱力学関数と相変化
 5.1 熱力学関
  5.1.1 内部エネルギーU
  5.1.2 エンタルピーH
  5.1.3 ヘルムホルツの自由エネルギーF
  5.1.4 ギブスの自由エネルギーG
  5.1.5 マクスウェルの関係式
 5.2 熱力学的変化の方向
 5.3 孤立系、断熱系、開放系
 5.4 熱平衡条件
 5.5 相変化
 第5章のまとめ
 第5章 演習問題

第6章 統計力学の考え方
 6.1 熱力学と統計力学の考え方
 6.2 確率分布の考え方
  6.2.1 サイコロで考える確率分布
  6.2.2 二項分布
 6.3 統計力学の基礎
 第6章のまとめ
 第6章 演習問題

第7章 ミクロカノニカル分布(小正準集合)
 7.1 孤立系での熱平衡状態と等重率の原理
 7.2 ボルツマンの原理とエントロピー
 7.3 古典理想気体の場合
 第7章のまとめ
 第7章 演習問題

第8章 カノニカル分布(正準集合)
 8.1 カノニカル分布で考える系
 8.2 内部エネルギー、エントロピーと自由エネルギー
 8.3 古典理想気体での計算例
 8.4 2準位原子系
 COLUMN 双曲線関数
 8.5 プランク放射
 8.6 グランドカノニカル(大正準集合)
 8.7 3つのカノニカル分布のまとめ
 第8章のまとめ
 第8章 演習問題

付録A フェルミ分布とボース分布
 A.1 スピンと粒子の統計
 A.2 フェルミ分布関数とボース分布関数
 A.3 理想フェルミ気体
 A.4 理想ボース気体
 付録A のまとめ
 付録A 演習問題
付録B 演習問題解答
参考文献
索引

 本書で使用するサンプルファイルを「978-4-274-05071-8.zip」(約1.3MB)にまとめてありますので、適当なツールでの解凍をお願いします。解凍すると3つのフォルダ(Excel2013、Excel2010、Excel2007)が表示されます。お使いのExcelのバージョンに合わせてご利用ください。

  • 本ファイルは、本書をお買い求めになった方のみご利用いただけます。本書をよくお読みのうえ、ご利用ください。本ファイルの著作権については、株式会社オーム社および本書の著作者である山本将史氏に帰属します。
  • 本ファイルを利用したことによる直接あるいは間接的な損害に関して、著者およびオーム社はいっさいの責任を負いかねますので、あらかじめご了承ください。