科目ナンバー

SE-BP1-NZ04

履修条件・関連科目等

分からないことが出てきたときに，何が自分は分かっていないかを認識する努力ができること.
その上で積極的に質問をすることが望ましい．

授業で使用する言語

日本語

授業で使用する言語（その他の言語）

授業の概要

生命科学にとって，熱力学は最も重要な物理学であると言える．
本講義では，基礎的な熱力学法則から始めて，自由エネルギー，化学ポテンシャル，平衡定数の理解を目指す．

科目目的

熱力学は，物理学の中でも力学や電磁気学に比べると，ともすれば歯切れの悪い，見通しのきかない分野であると思われているが，熱力学で出てくる自由エネルギーや，熱力学を基礎にした平衡定数の理解は，生命現象，特に運動やエネルギー代謝を理解するうえで，前提条件ともいえるものである．生命科学にとっては最も重要な物理学は熱力学だといっても過言ではない．熱力学の教え方には多くの流儀があるが，本講義では熱力学のアウトラインをしっかりとつかみ，将来，必要になった時に積極的に役立てられるように教えてゆきたいと思っている．

到達目標

熱力学の基本的な概念，とくに自由エネルギー，平衡定数，を理解することを目的とする．熱力学は万物の変化の方向についての基本法則を与える．生命現象も決してこの法則から外れることはない．

授業計画と内容

第１回　第一法則 (1)
　変化の種類
　　熱が伝わるとは？
　　断熱過程とは
　　等温過程とは
　　等圧過程とは
　　等積過程とは
第２回　第一法則 (2)
　熱を与えて温度が変わるときに何が起こるか（単原子理想気体）
　　　・・・・比熱
　等積過程
　等圧過程
第３回　第一法則 (3)
　断熱的な場合
　　準静的な膨張
　　断熱自由膨張
　等温的な場合
　　静的な等温膨張
　　真空に対する等温自由膨張
　　等圧的な場合
　　準静的等圧膨張
　　等圧自由膨張？
第 4 回　カルノーサイクル (1)
　今までの復習とまずは例題を一つ
　カルノーサイクル
　カルノー冷凍機
第 5 回　カルノーサイクル (2)
　エントロピーの予備的導入
　状態量・状態関数についての数学的準備
第 6 回　熱力学の第二法則 (1)
　熱力学第二法則
　熱と仕事を変換するサイクル過程の効率は可逆サイクル（カルノーサイクル）が
その上限となる．
　一般のサイクル過程の効率がカルノーサイクルを超えないこと．
　可逆サイクルは全てカルノーサイクルと同じ効率を持つ
第 7 回　熱力学の第二法則 (2)
　クラウジウスの不等式
　エントロピーという状態量が存在すること．
　熱力学第二法則は断熱系でのエントロピー非減少と等価であること．
　気体のエントロピーの計算
　エントロピーの増減（1）準静的過程
　エントロピーの増減（2）不可逆的過程
　断熱自由膨張
　温度差のある二体間での熱の移動
第 8 回　熱力学の第二法則 (3)
　系のエントロピーの計算の例
　一定圧力下での相変化に伴われるエントロピー変化
　加熱による温度増大にともなわれるエントロピー変化
　気体AとBの混合理想気体を定温定圧で分離するときのエントロピー変化
第 9 回　自由エネルギー(1)
　非補償熱の導入
　体積と温度一定の場合・・・ヘルムホルツの自由エネルギー
　圧力と温度一定の場合・・・ギブスの自由エネルギー
第10 回　自由エネルギー(2)
　熱力学的ポテンシャル
　最大仕事
第11 回　平衡定数 (1)
　化学反応の進度
　1モルあたりのギブスの自由エネルギー
　混合理想気体と化学ポテンシャル
第12 回　平衡定数 (2)
　化学ポテンシャルのモル分率yi，モル濃度ciによる表示
　混合理想気体の平衡
第13 回　平衡定数 (3)　
　平衡定数の温度依存性・圧力依存性
　生化学反応
第14 回　平衡定数 (4)　
　反応速度と平衡定数

授業時間外の学修の内容

その他

授業時間外の学修の内容（その他の内容等）

毎回の講義の内容をよく復習し理解に努めること．特に自分の分からない点を整理し，次回の授業でその点を積極的に質問して欲しい．適宜レポート課題を出す．特に提出は求めないが，課題は必ず自分で解いてみること．希望を募って，レポート課題の説明を行う．

授業時間外の学修に必要な時間数／週

・毎週１回の授業が半期（前期または後期）または通年で完結するもの。１週間あたり４時間の学修を基本とします。
・毎週２回の授業が半期（前期または後期）で完結するもの。１週間あたり８時間の学修を基本とします。

成績評価の方法・基準

成績評価の方法・基準（備考）

課題や試験のフィードバック方法

授業時間内で講評・解説の時間を設ける

課題や試験のフィードバック方法（その他の内容等）

レポート課題について説明をしてほしい問題についてアンケートを取り，講義の最後の二回くらいで，重要な問題について解説をくわ加える．
もちろん，質問があれば随時受け付ける．

アクティブ・ラーニングの実施内容

実施しない

アクティブ・ラーニングの実施内容（その他の内容等）

授業におけるICTの活用方法

実施しない

授業におけるICTの活用方法（その他の内容等）

実務経験のある教員による授業

いいえ

【実務経験有の場合】実務経験の内容

【実務経験有の場合】実務経験に関連する授業内容

テキスト・参考文献等

必ずしも講義の内容にそのまま直結するものではないが，参考書として
「基礎 熱力学」（國友正和著、共立出版），「熱学」（小出昭一郎著、東京大学出版会），「熱力学」（松下貢著、裳華房）を勧める．

その他特記事項

物理の理解度向上講座の活用なども積極的にして欲しい．

参考URL