【基礎物理学IV】 [化学科 2群 選択 科目(配当年次: 第2学年 ) ]
[生物科学科 2群 選択 科目(配当年次: 第2学年 ) ]
 
単  位:2単位 単位認定者: 猿渡茂
授業期間: 後期  15コマ 科目分担者:
授業形態: 講義  週1コマ
 
教育目標

基本的な電磁気学の原理を理解することにより、生化学・溶液化学の物理的基礎である水溶液系の静電気学を学ぶ。

教育内容

前半は電磁気学の基本的事項を詳述する。適宜、演習問題を課し理解度を深める。後半は前半で学んだ事項を基にして、水溶液系の物理化学の基本原理となるボルンモデルとデバイ・ヒュッケルモデルを学ぶ。

教育方法

教科書にそって板書を中心とする講義を行うが、必要に応じてプリントを配布する。

 
講義内容(シラバス)
項  目 担当者 授業内容

1回

イントロダクション

猿渡

電磁気学における4つの基本法則、力の法則

2回

静電気学(1)

猿渡

クーロンの法則、電場、ガウスの法則(積分形)

3回

静電気学(2)

猿渡

電位、ポテンシャル場の計算、静電場のエネルギー

4回

電磁気学(1)

猿渡

電流密度、オームの法則、キルヒホッフの法則、RC回路

5回

電磁気学(2)

猿渡

磁気相互作用、磁場と電荷の相互作用

6回

電磁気学(3)

猿渡

アンペールの法則、物質中の磁気、原子の磁気モーメント

7回

双極子・双極子相互作用

猿渡

点電荷・双極子相互作用、分極率、ファンデルワールス相互作用

8回

ギブスの自由エネルギー

猿渡

化学ポテンシャル、相平衡、移相自由エネルギー

9回

イオン・溶媒相互作用(1)

猿渡

ボルンモデル、イオンの水和化エンタルピー、モデルの実験的検証

10回

イオン・溶媒相互作用(2)

猿渡

連続体に水の構造を加える、誘電率の分子論的描像、電束密度

11回

静電気学(3)

猿渡

誘電体中の静電場、ボルツマン分布、5準位系によるシミュレーション

12回

イオン・溶媒相互作用(3)

猿渡

ボルンモデルの拡張、水和化エンタルピーの再計算

13回

静電気学(4)

猿渡

ガウスの法則の微分形、ポアソン方程式

14回

イオン・イオン相互作用(1)

猿渡

デバイ・ヒュッケルモデル、イオン強度、ポアソン・ボルツマン方程式

15回

イオン・イオン相互作用(2)

猿渡

デバイ・ヒュッケルモデルの検証と厳密な取り扱い、活量係数

 
到達目標

生化学・溶液化学の物理的基礎となる電磁気学を理解する。また、ベクトルを用いた数学的表現に慣れる。

評価基準

演習課題の提出状況および試験により評価する。

準備学習
(予習・復習)

基礎数学の講義で学習した微分・積分、ベクトルを復習しておくこと。生物科学科は1年次の選択科目「化学熱力学」を履修していることが望ましい。

 
  (書  名) (著者名) (出版社名) (定価)
教科書 生化学の物理的基礎 ピーター・R・ベルゲソン 丸善出版 8,000円+税
参考書 最強の電磁気学入門 杉山忠男 講談社 2,400円+税
アトキンス 物理化学 第8版(上) Peter Atkins, Julio de Paula 東京化学同人 5,700円+税