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物理学レクチャーコース
熱力学
Thermodynamics

放送大学教授　博士（理学）　岸根順一郎 著

Ａ５判／338頁／定価3740円（本体3400円＋税10％）／2023年11月25日発行
ISBN 978-4-7853-2412-4　 C3042

　物理学の教育・学びの双方に役立つ21世紀の新たなガイドとなることを目指し、多様化する“大学の講義と学生のニーズ”に応えるものとして刊行された、『物理学レクチャーコース』の一冊である。
　本シリーズでは、講義する先生の目線で内容を吟味する編集委員に加え、国立科学博物館認定サイエンスコミュニケーターの須貝駿貴さんと予備校のノリで学ぶ「大学の数学・物理」講師のヨビノリたくみさんに編集サポーターとして加わっていただき、学習する読者の目線で、テキストの内容がよりわかりやすく、より魅力的なものになるように内容を吟味していただいていることも、大きな特徴の一つとなっている。

　物理学では、自然現象を「保存の法則」と「変化の法則」という２段構えで捉えるのが基本である。本書では、熱力学における保存の法則が「エネルギー保存則」（熱力学第１法則）であり、「変化の法則」に対応するのが「エントロピーの法則」（熱力学第２法則）であるという立場を明確にし、特に熱力学がマクロな力学を土台とする理論体系である点を強調した。
　また、熱力学の最大の難所ともいわれる「エントロピー」については、エリオット・リーブとヤコブ・イングヴァソンによって1999年に提唱された考え方をわかりやすく噛み砕いて解説した。これは、「ある平衡状態から別の平衡状態への断熱遷移が可能か否か」という観点で２つの平衡状態を比較し、この比較に用いる数値が「エントロピー」であるという考え方である。この考え方を通してエントロピーの意味が明確になり、あいまいになりがちな熱力学の理解が明瞭になる。
　緻密な論理展開の雰囲気は極力避け、熱力学の本質をできるだけわかりやすく“料理し直した”本書が、これからの熱力学の教育と学びに役立てば嬉しい限りである。

YouTube

●岸根順一郎先生による特別講義

熱力学の概要とエントロピーの導入 【物理学レクチャーコース特別講義】 （2024/3/27公開，約35分間）		エントロピーと熱力学の基本原理 【物理学レクチャーコース特別講義】 （2024/3/27公開，約40分間）

サポート情報

◎ 教科書採用の先生方に講義用の図表ファイルをご用意しました。
　　ファイルのご利用は講義のみに限らせていただきます。

◎ TrainingとPracticeの詳細解答 （pdfファイル，2023/12/19更新）
◎ はしがき　 ◎ 索引 （以上pdfファイル）
◎ 正誤表 （pdfファイル）

　『物理学レクチャーコース 熱力学』で熱力学の本質を理解する 　

目次 （章タイトル）　　→ 詳細目次

1．マクロな見方
2．マクロな仕事
3．熱力学座標
4．断熱と透熱
5．エントロピー
6．エントロピー増大則
7．温度と圧力
8．熱力学の基本式
9．サイクル過程
10．いろいろな物質
11．熱力学ポテンシャル
12．熱力学ポテンシャルの応用
13．物質の相

詳細目次　　

はしがき（pdfファイル）

1．マクロな見方
　1.1　マクロとミクロ
　1.2　平衡状態
　1.3　保存の法則と変化の法則
　本章のPoint
　Practice

2．マクロな仕事
　2.1　力学的エネルギーと仕事
　　2.1.1　マクロ座標とマクロな操作
　　2.1.2　力学的エネルギー
　　2.1.3　力学的エネルギーの変化と仕事の関係
　　2.1.4　準静的過程
　　2.1.5　一定の外力のもとでの安定状態
　2.2　多粒子系と内部エネルギー
　2.3　摩擦と散逸
　　2.3.1　動摩擦
　　2.3.2　力学的エネルギーの散逸
　　2.3.3　摩擦と準静的過程
　2.4　エネルギー保存則
　本章のPoint
　Practice

3．熱力学座標
　3.1　単純系
　3.2　熱力学座標
　3.3　加法性と示量性
　　3.3.1　加法性
　　3.3.2　加法性が成り立つ条件
　　3.3.3　示量性
　　3.3.4　分割と合体
　3.4　熱力学座標が確定する根拠
　本章のPoint
　Practice

4．断熱と透熱
　4.1　断熱遷移
　　4.1.1　平衡状態の遷移
　　4.1.2　仕事装置
　　4.1.3　断熱遷移
　　4.1.4　仕事装置と環境
　　4.1.5　圧力
　4.2　透熱遷移
　　4.2.1　熱
　　4.2.2　熱源
　　4.2.3　透熱壁と伝熱線
　4.3　熱力学第１法則
　　4.3.1　熱源と系の間のエネルギー授受
　　4.3.2　仕事と熱の等価性
　　4.3.3　熱力学第１法則
　4.4　断熱遷移の例
　本章のPoint
　Practice

5．エントロピー
　5.1　可能な断熱遷移
　5.2　断熱遷移の分類
　5.3　エントロピー
　　5.3.1　エントロピー関数
　　5.3.2　エントロピーの加法性と示量性
　　5.3.3　エントロピーは熱力学座標の上凸関数
　本章のPoint
　Practice

6．エントロピー増大則
　6.1　不可逆性
　6.2　内部束縛の開放
　6.3　エントロピー増大則
　6.4　熱力学第２法則
　本章のPoint
　Practice

7．温度と圧力
　7.1　熱平衡関係と熱力学温度
　7.2　力学的平衡関係と圧力
　7.3　状態方程式
　7.4　熱力学第２法則のいろいろな表現
　7.5　熱力学第３法則
　本章のPoint
　Practice

8．熱力学の基本式
　8.1　熱力学の基本式
　　8.1.1　熱力学の基本式
　　8.1.2　共役な変数
　　8.1.3　マクスウェルの関係式
　　8.1.4　示強変数の方が制御しやすい
　8.2　準静的過程
　8.3　温度の関数としての内部エネルギー
　8.4　理想気体の準静的変化
　本章のPoint
　Practice

9．サイクル過程
　9.1　カルノーの定理
　9.2　準静的過程としてのカルノ―サイクル
　9.3　冷却器
　9.4　熱源の熱容量が有限の場合の効率
　本章のPoint
　Practice

10．いろいろな物質
　10.1　ファン・デル・ワールス気体
　10.2　非圧縮性物質
　10.3　ゴムバンド
　10.4　常磁性体
　10.5　黒体
　10.6　ブラックホール
　本章のPoint
　Practice

11．熱力学ポテンシャル
　11.1　エンタルピー
　11.2　ヘルムホルツの自由エネルギー
　11.3　ギブズの自由エネルギー
　11.4　エントロピー最大と自由エネルギー最小
　　11.4.1　等温・定圧環境下のエントロピー増大則
　　11.4.2　系が仕事装置にする最大仕事
　　11.4.3　自発的変化の方向性
　11.5　熱力学的安定性
　本章のPoint
　Practice

12．熱力学ポテンシャルの応用
　12.1　エネルギー方程式
　12.2　熱力学的応答係数
　12.3　$T \; dS$ 方程式
　12.4　ジュール‐トムソン効果
　本章のPoint
　Practice

13．物質の相
　13.1　相転移
　13.2　相平衡
　13.3　化学平衡関係と化学ポテンシャル
　13.4　気圧
　13.5　熱力学から量子論へ
　13.6　ボルツマンのエントロピー
　本章のPoint
　Practice

付録 〜熱力学のための数学〜
TrainingとPracticeの略解
さらに勉強するために
索引（pdfファイル）

Coffee Break
　マクロなスケールは何で決まるか
　力よりエネルギー
　ボーアの排他原理
　熱力学第１法則
　温度計で何を測っているのか
　電気ヒーターとヒートポンプ（仕事の使い方）
　水環境と地球環境
　論理か制御か
　水の彫像
　結局，エントロピーとは何なのか？
　熱力学と統計力学と量子論

岸根 順一郎
きしね じゅんいちろう
1967年 京都府に生まれる。東京理科大学理学部卒業、東京大学大学院理学系研究科博士課程修了。分子科学研究所助手、九州工業大学助教授・准教授などを経て現職。東京大学客員教授、分子科学研究所特別訪問教授。主な著書に『場と時間空間の物理（新訂版）』『量子物理学』『自然科学はじめの一歩（改訂版）』（以上 放送大学教育振興会）などがある。

（情報は初版刊行時のものから一部修正しています）

熱力学


熱力学（改訂版）