◎系所教育目標：
本系課程除涵蓋一般物理學系應有之重要基礎課程外，並同時兼顧物理理論與應用，高年級課程編排，除表列光電、固態電子等物理專論外，將與校外產業資源結合，以實務技能之學習為目標，期能於在校期間即設計與科技產業接觸機會，拓展科技視野，為就業預作預備，或為升學奠定學術基礎。 |
| ◎核心能力 | 關聯性 |
| 1.培養基礎物理知能 | 5 關聯性最強 |
| 2.培養光電科學知能 | 5 關聯性最強 |
| 3.培養固態電子知能 | 5 關聯性最強 |
| 4.培養實驗技能 | 2 關聯性稍弱 |
◎本學科學習目標：
目的在於初步了解物質科學中重要的統計學觀念，與凝態物質的量子物理作對照，作為學習凝態物理以及電子物理/光電科技的重要基礎。 |
| ◎教學進度： |
| 週次 | 主題 | 教學內容 | 教學方法 |
01
02/19 | 《Mathematical Methods for PHysics & Engineering》:
Ch1:1.5.1 binomial coefficients (二項展開係數);
Ch30:30.3.2 combinations (組合);
30.9.1 the Gaussian distribution (ㄍㄚㄨㄙ分佈);
Ch5 partial differentiation (偏微分); | 1.5.1 binomial coefficients;
30.3.2 combinations;
30.9.1 the Gaussian distribution;
5.4 useful theorems of partial differentiation;
5.11 thermodynamic relations; | 講授。 |
02
02/26 | 《Thermal Physics》: Appendix B: mathematical results;
online conceptual homework of Ch1 (上傳第1章預習作業) | B.1 Gaussian integrals;
B.2 the Gamma function;
B.3 Stirling's approximation;
B.4 area of a d-Dimensional Hypersphere;
B.5 integrals of quantum statistics. | 作業/習題演練、講授。 |
03
03/05 | Ch 1 energy in thermal physics (第1章 熱物理中的能量) | 1.1 thermal equilibrium (熱平衡);
1.2 the ideal gas (理想氣體); microscopic model of an ideal gas (理想氣體的微觀模型);
1.3 equipartition of energy (能量均分);
1.4 heat & work (熱&功); | 講授。 |
04
03/12 | continued (續前週);
online conceptual homework of Ch 2
(上傳第2章預習作業) | 1.5 compression work (壓縮功);
1.6 heat capacities (熱容量); latent heat (潛熱); enthalpy (焓);
*optional (請自修) 1.7 rates of processes. | 作業/習題演練、講授。 |
05
維持03/19上課 | Ch 2 the 2nd law (第2章 第二定律);
online quantitative homework of Ch 1 (上傳第1章課後作業) | 2.1 two-state systems (二元系統);
2.2 the Einstein model of a solid (固體的ㄞㄣㄕㄊㄞㄣ模型);
2.3 interacting systems (交互作用系統);
2.4 large systems (大型系統); very large numbers (龐大數); Stirling's approximation (ㄙㄉㄜㄦㄌㄧㄥ近似); multiplicity of a large Einstein solid (龐大ㄞㄣㄕㄊㄞㄣ固體的多重度); sharpness of the multiplicity function (多重度函數的尖銳); | 作業/習題演練、講授。 |
06
維持03/26上課 | continued (續前週);
test of Ch 1 (測驗第1章);
online conceptual homework of Ch 3 (上傳第3章預習作業) | 2.5 the ideal gas (理想氣體); multiplicity of a monatomic ideal gas (單原子理想氣體的多重度); interacting ideal gas (交互作用的理想氣體);
2.6 entropy (熵); entropy of an ideal gas (理想氣體的熵); entropy of mixing (混合熵); reversible & irreversible processes (可逆&不可逆過程). | 作業/習題演練、講授、test of Ch 1。 |
07
04/02 | Ch 3 interactions & implications (第3章 交互作用);
online quantitative homework of Ch 2 (上傳第2章課後作業) | 3.1 temperature (溫度);
3.2 entropy & heat (熵&熱); predicting heat capacities (熱容量的預測); measuring entropies (熵的測量); the macroscopic view of entropy (熵的巨觀觀點);
3.3 paramagnetism (順磁); notation & microscopic physics (記號與微觀物理); numerical solution (數值解); analytic solution (解析解); | 作業/習題演練、講授。 |
08
04/09 | continued (續前週);
online conceptual homework of Ch 5 (上傳第5章預習作業);
test delayed (測驗延後) | 3.4 mechanical equilibrium & pressure (機械平衡&壓力); the thermodynamic identity (熱力學恆等式); entropy & heat revisited (熵&熱)
3.5 diffusive equilibrium & chemical potential (擴散平衡&化學位勢)
3.6 summary & a look ahead. | 作業/習題演練、講授。 |
09
04/16
(期中考週) | Ch 5 free energy & chemical thermodynamics (第5章 自由能與化學熱力學);
online conceptual homework of Ch 6 (上傳第6章預習作業);
test delayed (測驗延後) | 5.1 free energy as available work (可作功的自由能); electrolysis, fuel cells & batteries (電解, 燃料電池, 電池);
5.2 free energy as a force toward equilibrium (自由能作為趨向平衡的動力); extensive & intensive quantities (外延量&內含量); Gibbs free energy & chemical potential (ㄍㄧㄅㄗ自由能&化學位勢) | 作業/習題演練、講授。 |
10
04/23 | Ch 6 Boltzmann statistics (第6週 ㄅㄛㄌㄘㄇㄢ統計);
online homework of Ch 3 (上傳第3章課後作業);
test of Ch 2 (測驗第2章) | 6.1 the Boltzmann factor (ㄅㄛㄌㄘㄇㄢ因子); the partition function (配分函數); thermal excitation of atoms (原子的熱激發);
6.2 average values (平均值); paramagnetism (順磁性); rotation of diatomic molecules (雙原子分子的旋轉);
6.3 the equipartition theorem (能量均分原理); | 作業/習題演練、講授、test of Ch 2。 |
11
04/30 | continued (續前週);
test delayed (測驗順延1週);
online conceptual homework of Ch7 (上傳第7章預習作業) | 6.4 the Maxwell speed distribution (ㄇㄚㄎㄙㄨㄝㄌ速率分佈);
6.5 partition functions & free energy (配分函數&自由能); | 作業/習題演練、講授。 |
12
05/07 | continued (續前週);
Ch 7 quantum statistics (第7章 量子統計);
online quantitative homework of Ch 5 (上傳第5章課後作業) | 6.6 partition functions for composite system (複合系統的配分函數);
6.7 ideal gas revisited (理想氣體); the partition function (配分函數); predictions (預測).
7.1 the Gibbs factor (ㄍㄧㄅㄗ因子); an example: carbon monoxide poisoning (一氧化炭中毒); | 作業/習題演練、講授。 |
13
05/14 | continued (續前週);
online quantitative homework of Ch 6 (上傳第6章課後作業) | 7.2 bosons & fermions (ㄅㄛㄕㄨ粒子 & ㄈㄝㄦㄇㄧ粒子); the distribution functions (分佈函數);
7.3 degenerate Fermi gases (簡併ㄈㄝㄦㄇㄧ氣體); zero temperature (0度); small nonzero temperatures (有限低溫); the density of states (量子態密度); the Sommerfeld expansion (ㄗㄛㄇㄜㄦㄈㄝㄌㄊ展開); | 作業/習題演練、講授。 |
14
05/21 | continued (續前週); | 7.4 blackbody radiation (黑體輻射); the ultraviolet catastrophe (紫外災難); the Planck distribution (ㄆㄌㄤㄎ分佈); photons (光子); summing over modes (模的累加); the Planck spectrum (ㄆㄌㄤㄎ光譜); total energy (總能量); entropy of a photon gas (光子氣體的熵); the cosmic background radiation (宇宙背景輻射); photons escaping through a hole (由小孔逸出的光子); radiation from other objects (其他物體的輻射); the Sun and the Earth (太陽與地球); | 作業/習題演練、講授。 |
15
05/28 | continued (續前週);
online conceptual homework of Ch 4 (上傳第4章預習作業); | 7.5 Debye theory of solids (ㄉㄝㄅㄞ的固體理論);
7.6 Bose-Einstein condensation (ㄅㄛㄕㄨ - ㄞㄧㄣㄕㄊㄞㄧㄣ凝縮); real-world examples (真實的例子). | 作業/習題演練、講授。 |
16
06/04 | Ch 4 engines & refrigerators (第4章 熱機與冷機);
online quantitative homework of Ch 7 (上傳第7章課後作業);
test of Ch 3 and Ch 5: 5.1~5.2 (測驗第3章及第5章5.1~5.2) | 4.1 heat engines (熱機);
4.2 refrigerators (冷機); | 作業/習題演練、講授、test of Ch 3 and Ch 5: 5.1~5.2。 |
17
06/11 | continued (續前週);
online quantitative homework of Ch 4 (上傳第4章課後作業);
test of Ch 6 (測驗第6章) | 4.3 real heat engines (眞實熱機);
4.4 real refrigerators (眞實冷機). | 作業/習題演練、講授、test of Ch 6。 |
18
06/18
(期末考週) | test of Ch 7
(測驗第7章) | test of Ch 7
(there is no final examination)
(沒有期末測驗) | test of Ch 7。 |
◎課程要求：
1. 在上課之前預先塡寫線上預習作業至少1次 (有2次機會; 首次上傳超過上課時間則成績對折).
2. 在測驗之前預先塡寫線上課後作業至少1次 (有3次機會; 首次上傳超過測驗時間則成績對折).
3. 參加7次測驗. 補考請提示正式假單影本. 沒有期中考或期末考.
4. 由於僑生與外籍生人數日多, 測驗命題重視英文.
*. 教學範圍與評分方式保留小幅的彈性, 歡迎同學們提供意見; 但討論時請拿具體的教學事例來討論, 例如臺灣各國立大學或西歐北美東亞各國名校的課本教材, 課程大綱, 上課講義, 大小考的考題等. 對於 "我看不懂的就是太難" 這種牢騷話不予處理. |
◎成績考核
小考70% : 每章各10%, 由課後作業及課本習題混合命題. 若因故無法教完第4章, 則改成其餘各章11.67%.
作業/習題演練30% : 線上作業. 請於規定期限內至教學輔助平臺上傳至少1次, 首次上傳逾時則成績對折. 預習作業10%, 課後作業20%.
補充說明：勘誤表http://physics.weber.edu/thermal/errors.html
其它參考資訊http://physics.weber.edu/thermal/
教學輔助平臺http://elearning.ncyu.edu.tw/ |
◎參考書目與學習資源
除了講解課本1重點，會在教學平臺上按照課本2提供重點整理，但若想要研讀整本課本2，可上網訂舊書，便宜的台灣版，或是二手書. 也有書店代理美國版，但價格是好幾倍. 上課時間相當有限，又要顧慮到全班的讀書進度，因此會挑部份章節上， 儘可能在學期結束時簡單介紹到量子統計力學的入門.
1. 課本是D. V. Schroeder: 《an introduction to Thermal Physics》.
歐亞代理 (tel: 02-89121188), 請自行處理購書事宜, 或向前輩學姐學長購買舊書.
2. 課外補充本是Charles Kittel & Herbert Kroemer: 《Thermal Physics》 2/e (巨擘，台灣版NTD600→NTD293，美國版NTD1150 服務電話：02 2331-0940代表號 傳真：02 2361-3007)
3. K. F. Riley: 《Mathematical Methods for Physics and Engineering》
(相關的數學可參考該書. 這本書對數學的介紹要比Kreyszig等一般工程數學全面而且
完整，並非侷限在線性代數及微分方程，並且也有適當的例題及習題. 上課時會介紹
其中probability，statistics的部份.)
4. 鄭以禎: 《巨觀與統計熱力學》，偉明圖書. 偏重巨觀熱力學, 該部份講得很清楚. 統計相關的則只有2章.
5. F. Reif:《Fundamentals of Statistical Thermal Physics》，
(在Amazon有電子掃描檔可以下載，另有中譯本，徐氏基金會出版，黃振麟譯，
《統計熱物理學之基礎》(上下2冊)，這本書也很古老了，可以試著去買二手書.)
6. Ashley H. Carter:《Classical and Statistical Thermodynamics》，
(目前流行的1本入門書， 是由巨觀的物理量開始討論的， 內容的排列順序與一般的
熱物理學類似， 但上課時不討論， 有興趣的同學可自行參考， 或向歐亞書局訂購.
歐亞書局南區業務部06-2698528， 商管事業部傳真06-2690798， 總公司02-89121188，
傳真02-89121166)
7. Universal Publishing: Manga de Wakaru Netsurikigaku (マンガでわかる熱力学)
(看漫畫學熱力學，中譯: 《世界第一簡單熱力學》，世茂書局，
http://www.amazon.co.jp/マンガでわかる熱力学-原田-知広/dp/4274066886#_
) |