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熱ゆらぎ

索引 熱ゆらぎ

統計力学において熱ゆらぎとは、平衡にある系における平均状態からのランダムなずれのこと。 温度が高くなると全ての熱ゆらぎは大きくなり、絶対零度に近づくと熱揺らぎは小さくなる。 熱ゆらぎは系の温度の現れである。 温度がゼロでない系はミクロな平衡状態に留まってはおらず、全ての可能な状態をボルツマン分布で与えられる確率でとる。 熱揺らぎは一般に、系の全ての自由度に影響を与える。 その例としてランダムな振動(フォノン)、ランダムな回転(ロトン)、ランダムな電子励起などがある。 圧力、温度、エントロピーなどの熱力学変数にも熱揺らぎが存在する。 例えば平衡圧力にある系では、系の圧力は平衡値付近である程度変動している。 統計集団の「制御変数」(例えばミクロカノニカルアンサンブルでのN、V、Eなど)だけは変動しない。 熱ゆらぎは多くの系でノイズの原因である。 熱ゆらぎを与えるランダム力は拡散と散逸(ダンピングと粘性を含む)の両方の原因である。 ランダムなドリフトとドリフトへの抵抗の競合効果は揺動散逸定理でつながっている。 熱ゆらぎは相転移と反応速度論において主要な役割を果たす。.

20 関係: 反応速度論ミクロカノニカルアンサンブルノイズロトンボルツマン分布フォノンドーヴァー出版エントロピージョン・ワイリー・アンド・サンズ状態量粘度統計力学絶対零度相転移量子ゆらぎ自由度揺動散逸定理減衰振動散逸拡散

反応速度論

反応速度論(はんのうそくどろん、chemical kinetics)とは反応進行度の時間変化(速度)に関する物理化学の一分野である。物体の速度を扱う力学との類推で、かつては化学動力学と呼ばれていた。反応速度論の目的は反応速度を解析することで、反応機構や化学反応の物理学的本質を解明することにあった。今日においては原子あるいは分子の微視的運動状態は、巨視的な反応速度解析に頼ることなく、量子化学などの理論に基づき計算化学的な手法で評価する分子動力学によって解明できるようになっている。それゆえ、今日の反応速度論は学問的真理の探求よりは、実際の化学反応を制御する場合の基礎論理として利用されている。 なお、反応速度の求め方については記事 反応速度に詳しい。.

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ミクロカノニカルアンサンブル

小正準集団(しょうせいじゅんしゅうだん)、ミクロカノニカルアンサンブル(microcanonical ensemble)は、統計力学における系の微視的状態を表現する統計集団の一つである。 この統計集団が従う確率分布を小正準分布(しょうせいじゅんぶんぷ)、ミクロカノニカル分布(microcanonical distribution)という。小正準集団は孤立系に対応する統計集団である。.

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ノイズ

ノイズ (noise) とは、処理対象となる情報以外の不要な情報のことである。歴史的理由から雑音(ざつおん)に代表されるため、しばしば工学分野の文章などでは(あるいは日常的な慣用表現としても)音以外に関しても「雑音」と訳したり表現したりして、音以外の信号等におけるノイズの意味で扱っていることがある。西洋音楽では噪音(そうおん)と訳し、「騒音」や「雑音」と区別している。.

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ロトン

トン()は、ヘリウム4の超流動相、ヘリウム(II)にみられる素励起または準粒子である。この準粒子は、超流動体の巨視的な回転状態を記述する。 また、「ロトン」という用語は、自由回転する分子における量子化された固有モードの意味で用いられることもある。.

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ボルツマン分布

ボルツマン分布(ボルツマンぶんぷ、)は、一つのエネルギー準位にある粒子の数(占有数)の分布を与える理論式の一つである。ギブス分布とも呼ばれる。気体分子の速度の分布を与えるマクスウェル分布をより一般化したものに相当する。 量子統計力学においては、占有数の分布がフェルミ分布に従うフェルミ粒子と、ボース分布に従うボース粒子の二種類の粒子に大別できる。ボルツマン分布はこの二種類の粒子の違いが現れないような条件におけるフェルミ分布とボーズ分布の近似形(古典近似)である。ボルツマン分布に従う粒子は古典的粒子とも呼ばれる。 核磁気共鳴および電子スピン共鳴などにおいても、磁場の中で分裂した2つの準位の占有率はボルツマン分布に従う。.

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フォノン

フォノン(phonon)、音子、音響量子、音量子は、振動(主に結晶中での格子振動)を量子化した粒子(準粒子、素励起)である。 振幅が大きくなる、つまり振動が激しくなることはフォノンの数が増えることで表される。 フォノンを持つ液体としては、超流動を示すヘリウム4がある。 原子核表面の核子の振動を量子化したものもフォノンと言う。.

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ドーヴァー出版

ドーヴァー出版(英:Dover Publications)は、アメリカの出版社。本社はニューヨーク市にある。1941年設立。 元の出版元で絶版になった本の再出版で有名である。再出版する書籍にはパブリックドメインのものも多い。歴史的に意義深く質の高い本を丈夫な製本と安い値段で提供する方針のもとに、現在までに9,000タイトル以上の書籍を出版している。 古典文学、クラシック音楽の楽譜、18-19世紀の図版の再出版が特に有名である。また、学生から一般読者向けの数学・科学関連書籍や、軍事史、アメリカ史、奇術、チェスなど特定の分野の本の出版もしている。 著作権使用料無料(royalty-free)のデザイン・イラスト集を多く出版しており、画集的なものから、そのままコピーして使う素材集まで存在する。題材は19世紀以前のイラスト、アールヌーボーの意匠、伝統的な民族文様など多様である。CD-ROM付きのシリーズもある。コンピューター関連メディア企業オライリー社の初期の書籍表紙の動物の絵は、ドーヴァー出版の19世紀の版画図版から採用されたものである。.

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エントロピー

ントロピー(entropy)は、熱力学および統計力学において定義される示量性の状態量である。熱力学において断熱条件下での不可逆性を表す指標として導入され、統計力学において系の微視的な「乱雑さ」「でたらめさ」と表現されることもある。ここでいう「でたらめ」とは、矛盾や誤りを含んでいたり、的外れであるという意味ではなく、相関がなくランダムであるという意味である。を表す物理量という意味付けがなされた。統計力学での結果から、系から得られる情報に関係があることが指摘され、情報理論にも応用されるようになった。物理学者ののようにむしろ物理学におけるエントロピーを情報理論の一応用とみなすべきだと主張する者もいる。 エントロピーはエネルギーを温度で割った次元を持ち、SIにおける単位はジュール毎ケルビン(記号: J/K)である。エントロピーと同じ次元を持つ量として熱容量がある。エントロピーはサディ・カルノーにちなんで一般に記号 を用いて表される。.

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ジョン・ワイリー・アンド・サンズ

ョン・ワイリー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons、略称: Wiley、)は、1807年創業の科学、医学、教育などの分野の世界的な学術出版社である。 大学院のための教材、トレーニング教材、百科事典などの印刷、オンライン製品やオンラインサービスのような電子的情報も扱っている。『フォー・ダミーズ』シリーズの出版でも知られている。.

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状態量

態量(じょうたいりょう、state quantity)とは、熱力学において、系(巨視的な物質または場)の状態だけで一意的に決まり、過去の履歴や経路には依存しない物理量のことである。元来は熱力学的平衡状態にある系だけで定義されるものだが,非平衡状態にも拡張されて用いられる。.

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粘度

粘度(ねんど、Viskosität、viscosité、viscosity)は、物質のねばりの度合である。粘性率、粘性係数、または(動粘度と区別する際には) 絶対粘度とも呼ぶ。一般には流体が持つ性質とされるが、粘弾性などの性質を持つ固体でも用いられる。 量記号にはμまたはηが用いられる。SI単位はPa·s(パスカル秒)である。CGS単位系ではP(ポアズ)が用いられた。 動粘度(後述)の単位として、cm/s.

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統計力学

統計力学(とうけいりきがく、statistical mechanics)は、系の微視的な物理法則を基に、巨視的な性質を導き出すための学問である。統計物理学 (statistical physics)、統計熱力学 (statistical thermodynamics) とも呼ぶ。歴史的には系の熱力学的な性質を気体分子運動論の立場から演繹することを目的としてルートヴィッヒ・ボルツマン、ジェームズ・クラーク・マクスウェル、ウィラード・ギブズらによって始められた。理想気体の温度と気圧ばかりでなく、実在気体についても扱う。.

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絶対零度

絶対零度(ぜったいれいど、Absolute zero)とは、絶対温度の下限で、理想気体のエントロピーとエンタルピーが最低値になった状態、つまり 0 度を表す。理想気体の状態方程式から導き出された値によるとケルビンやランキン度の0 度は、セルシウス度で −273.15 ℃、ファーレンハイト度で −459.67 である。 絶対零度は最低温度とされるが、エンタルピーは0にはならない。統計力学では0 K未満の負温度が存在する。.

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相転移

転移(そうてんい、英語:phase transition)とは、ある系の相(phase)が別の相へ変わることを指す。しばしば相変態(そうへんたい、英語:phase transformation)とも呼ばれる。熱力学または統計力学において、相はある特徴を持った系の安定な状態の集合として定義される。一般には物質の三態(固体・固相、液体・液相、気体・気相)の相互変化として理解されるが、同相の物質中の物性変化(結晶構造や密度、磁性など)や基底状態の変化に対しても用いられる。相転移に現れる現象も単に「相転移」と呼ぶことがある。.

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量子ゆらぎ

量子物理学において量子ゆらぎ(または量子真空ゆらぎ、真空ゆらぎ)は 空間のある点におけるエネルギーの一時的な変化で、ヴェルナー・ハイゼンベルクの不確定性原理で説明される。 これにより仮想粒子の粒子-反粒子対が生成する。 これらの粒子の効果は測定可能であり、例えば電子の有効電荷は「裸の」電荷とは異なっている。 量子ゆらぎは宇宙の構造の起源において非常に重要である。 インフレーションのモデルによれば、インフレーションが始まったときに存在した宇宙は増幅され、現在観測されるすべての構造の種を作った。 真空エネルギーは現在の宇宙の加速(宇宙定数)の原因である。 原理により、エネルギーと時間は次の関係でつながっている。 現代の視点では、エネルギーは常に保存されるが、粒子数演算子は場のハミルトニアンまたはエネルギー演算子と交換しない。 よって場の最低エネルギー状態(基底状態、真空状態)は、名前から予想されるような粒子が存在しない状態ではなく、 粒子数が0, 1, 2...などの粒子数固有状態の重ね合わせである。.

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自由度

自由度(じゆうど、degree of freedom)とは、一般に、変数のうち独立に選べるものの数、すなわち、全変数の数から、それら相互間に成り立つ関係式(束縛条件、拘束条件)の数を引いたものである。数学的に言えば、多様体の次元である。「自由度1」、「1自由度」などと表現する。 自由度は、力学、機構学、統計学などで使用され、意味は上記の定義に準じるが、それぞれの具体的に示唆する処は異なる。.

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揺動散逸定理

揺動散逸定理(ようどうさんいつていり、fluctuation-dissipation theorem, FDT)とは、「熱力学的平衡状態にある系が外部から受けたわずかな摂動に対する応答(線形近似できるとする)が、自発的なゆらぎに対する応答と同じである」という仮定から導かれる、統計力学の定理である。つまり、熱力学系の平衡におけるゆらぎと抵抗(抗力)の間にある関係を示すものである。.

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減衰振動

減衰振動(げんすいしんどう、damped oscillation、damped vibration)とは、振幅が時間とともに徐々に小さくなるような振動現象である。単振動などは永久に動き続ける運動であるが、実際にそのような実験を行うと、空気抵抗や摩擦力などの抵抗力を受け、いずれは停止してしまう。そのような運動を減衰振動と呼ぶ。.

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散逸

散逸(さんいつ)とは、物理学においては運動などによるエネルギーが、抵抗力によって熱エネルギーに不可逆的に変化する過程をいい、熱力学においては自由エネルギーの減少に相当する。 例としては、運動エネルギーが摩擦、粘性や乱流によって、また電流エネルギーが電気抵抗によって熱に変化するなどがある。.

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拡散

拡散(かくさん、独、英、仏: Diffusion) とは、粒子、熱、運動量などが自発的に散らばり広がる物理現象である。この現象は着色した水を無色の水に滴下したとき、煙が空気中に広がるときなど、日常よく見られる。これらは、化学反応や外力ではなく、流体の乱雑な運動の結果として起こるものである。.

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