「地球惑星物理学基礎II熱力学」各回の内容(2005年度)


Chapter 2 から Chapter 6 は、佐々真一「熱力学入門」(共立出版)に ほぼしたがう(備考欄参照)

内容備考
0-1講義の目標と講義の進め方14/13
Chapter 1Introduction -- 熱力学の重要性14/13地球科学者向けの Introduction:教科書とは異なる
Chapter 2設定
2-1平衡状態14/13
2-1-1温度14/13
2-1-224/20
2-1-3環境24/20
2-2物質の熱力学的性質24/20
2-2-1状態方程式1,24/13,4/20
2-2-2熱容量2,34/20,4/27
2-3熱と仕事34/27
2-3-1仕事34/27
2-3-234/27
2-4形式的設定34/27
2-4-1状態と状態変数34/27
2-4-2示量変数と示強変数45/11
2-4-3過程34/27
2-4-4仕事と熱34/27
2-5準静的過程45/11
Chapter 3熱力学第1法則
3-1熱と仕事の等価性34/27
3-2内部エネルギー3,44/27,5/11
3-2-1内部エネルギーの決定4,55/11,5/18
3-2-2例:理想気体45/11
3-3断熱曲線45/11
Chapter 4熱力学第2法則
4-1永久機関55/18
4-1-1ケルビンの原理55/18
4-2等温過程における熱力学原理55/18
4-2-1最小仕事の原理55/18
4-2-2最大吸熱の原理55/18
4-32温度機関66/01
4-4カルノーの定理66/01
4-4-1カルノー機関66/01
4-4-2カルノーの定理の証明66/01
4-5絶対温度66/01
4-5-1理想気体温度との関係66/01
Chapter 5エントロピー
5-1不可逆性76/8
5-2,3エントロピーの定義と本質76/8 エントロピーの導入の仕方は教科書とは少し異なる
5-4例:理想気体のエントロピー76/8
5-補足エントロピーの考え方のまとめ直し86/15 エントロピーを使って第2法則を再整理
5-5完全な熱力学関数86/15
5-6例:可逆熱接触96/22
Chapter 6熱力学関係式
6-1自由エネルギー96/22 導入の仕方を教科書と少し変える。ルジャンドル変換の数学的意味について補足する。
6-2微分形式による記述96/22
6-2補足微分形式を使った偏微分公式の導出106/29
6-3エネルギー方程式106/29
Chapter 7これまでのまとめ(熱力学の骨格部分) ここからは教科書から離れる。ここでは、 エントロピーの存在を最初に認めるというやり方で、熱力学を整理し直す。
7-1基礎となる前提106/29 エントロピーありき方式
7-2熱力学第1法則、第2法則106/29
7-3熱力学関数(熱力学ポテンシャル)106/29Maxwell の関係式など
7-4変化の方向106/29断熱:エントロピーの増分>0、等温:ヘルムホルツの自由エネルギーの増分<外からされる仕事
7-5平衡条件117/06圧力と温度が平衡状態で等しくなる。熱は温度が高い方から低い方に流れる。
7-6平衡状態の安定性117/06結果(熱容量、圧縮率が正になること)だけを紹介して、導出はノートを渡して説明は省略
Chapter 8相転移 教科書 6.5 に相当するが、地球科学における重要性に鑑みて 教科書よりもかなり詳しく扱う
8-1相転移とは?117/06
8-2Clapeyron-Clausius の式11,127/06,7/13相図の見方、Gibbs 自由エネルギーとの関係を詳細に議論
8-3相変化とマントル対流127/13olivine-spinel-perovskite 相変化がマントル対流に与える影響
8-4van der Waals の状態方程式と気液相転移137/20
Chapter 9星の熱力学 星の熱力学のサワリをトピック的に少しだけ扱う
9-1ビリアル定理137/20 重力入りの熱力学。質点系を使うやり方で導出
9-2みかけ上の負の熱容量137/20星は光を出すと暖まる。Faint young Sun paradox