2024年度/1BHB019100 (公大)

【月3】低温物理学 <前期>

凝縮系は非常に多くの粒子からなる集団が示す凝縮状態で，低温において顕著な量子性が発現する．この講義では凝縮系を実現するための冷凍技法にかかる物理学，温度を測るための物理学，および，典型的な凝縮系の物理である固体物理，磁性物理および超伝導・超流動の物理学の基礎について輪講形式で講義する．

担当教員氏名

小原 顕、矢野 英雄

科目ナンバリング

BHBPHY52011-J1 (公大)

授業管轄部署

理学研究科

授業形態

講義

開講キャンパス

杉本

開講区分

週間授業

配当年次

1年 (公大)

注意: 配当年次は学部・学科によって異なる場合があるので、UNIPAで確認してください。

単位数

2単位 (公大)

注意: 実際の単位数は学部・学科によって異なる場合があるので、必ずUNIPAで確認してください。

到達目標

• 熱力学，統計力学，量子力学がどのように冷凍技法・温度計測技術説明できる．
• 冷やすことによって発現する量子現象の基礎を説明できる．
• 超流動の基礎を理解し，説明できる．

各授業回の説明

授業	授業内容	事前・事後の学習内容
第1回	熱力学の第０，１法則． 〜論理学から蒸気エンジンへ〜
第2回	熱力学の第２法則 〜カルノーの原理と諸原理〜	予習内容と課題は授業内で指示する．
第3回	熱力学の第３法則とボルツマンの原理 〜ミクロとマクロ〜	予習内容と課題は授業内で指示する．
第4回	熱力学関数 〜自由エネルギーとエンタルピー〜	予習内容と課題は授業内で指示する．
第5回	実在気体と相転移 〜van der Waals の状態方程式から分かること〜	予習内容と課題は授業内で指示する．
第6回	典型的な熱現象（１）：熱放射とフォノン比熱	予習内容と課題は授業内で指示する．
第7回	典型的な熱現象（２）：フェルミ気体の比熱・帯磁率，ボース気体の比熱	予習内容と課題は授業内で指示する．
第8回	寒剤の性質と液化の物理学	予習内容と課題は授業内で指示する．
第9回	蒸発冷却，GM冷凍機とパルス管冷凍機	予習内容と課題は授業内で指示する．
第10回	各種温度と計測技術	予習内容と課題は授業内で指示する．
第11回	液体ヘリウムの諸性質：超流動の発見	予習内容と課題は授業内で指示する．
第12回	２流体モデルの成立	予習内容と課題は授業内で指示する．
第13回	超流動ヘリウム中の複数の音波	予習内容と課題は授業内で指示する．
第14回	量子渦と量子乱流	予習内容と課題は授業内で指示する．
第15回	その他の低温における特異な現象	予習内容と課題は授業内で指示する．

成績評価方法

1. 到達目標の達成度に基づいて評価を行う．
2. 授業内での輪番発表（50%）および期末レポートの到達度(50%)によって評価し，合計として 60% の評価が得られればC判定以上になる．
3. 単位取得のためには，輪番発表を行うことと同時に，授業内容のまとめに相当する期末レポートを提出すること．
4. 成績評価は以下の点に基づいて行う
   1. 自身の発表内容および質疑応答
   2. 他者発表時の質問，討論への貢献度
   3. レポート内容の科学的正確性，および，科学的文章としての質

履修上の注意

第１回を除き，教員と 受講生による輪講形式で行います ．予め示した資料を元に，担当内容を割り振りますので，事前に発表準備を行ってください．内容に関する質問は随時受け付けています． 第１回授業前半にて，具体的な勉強方法と授業計画をお知らせしますので，必ず出席してください．どうしても出席できない場合は必ず連絡してください．

教科書

事前に配布します．

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参考文献

大学演習　熱学・統計力学（裳華房：久保亮五著） 現代熱力学　〜熱機関から散逸構造へ〜　（朝倉書房：プリゴジン著） 熱物理学　（丸善：キッテル著） Helium Cryogenics （Springer, Van Sciver） Matter and Methods at Low Temperatures (Springer Pobel)

オフィスアワー

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教員への連絡方法（メールアドレス等）

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