授業科目名 年度 学期 開講曜日・時限 学部・研究科 全担当教員 単位数
34060:熱力学Ⅰ(A5) § 34061:熱力学(5A) 2024 秋セメスター 木5 理工学部 山末 英嗣 2

キャンパス

BKC

授業施設

コラーニングⅠ 303号教室

授業で利用する言語

日本語

授業の概要と方法

熱力学はエネルギー形態の変化や変換,ならびに熱の授受にともなう物質の状態変化を取り扱う学問である.本講義では,熱機関における動力の発生やエネルギーの有効利用をはかるための基礎を学ぶことを目的とし,熱力学第1法則,熱力学第2法則,理想気体,ガスサイクルを取り上げる.

受講生の到達目標

① 熱力学の基本概念、熱力学第1法則および第2法則を理解する。
② 理想気体の状態量、状態方程式、基本的な状態変化の関係式を理解する。
③ 熱から機械的仕事を取り出す熱機関の原理を理解するため、理想気体による種々のサイクルおよびそれらの熱効率について学ぶ。

事前に履修しておくことが望まれる科目

多変数関数の微・積分および解析学の基礎知識が必要。

授業スケジュール

授業回数/
担当教員(複数担当の場合)
テーマ
キーワード・文献・補足事項等
1

第1回
エネルギー事情と熱力学の歴史

エネルギ源,エネルギー消費,CO2排出量,Well-to-Wheel

2

第2回
熱力学の基礎概念―その1

系,周囲,境界,物質,状態と状態量,温度,熱平衡,熱力学の第0法則,温度計測法,単位系

3

第3回(Web講義)
熱力学の基礎概念―その2

気体分子運動論

4

第4回
熱力学の基礎概念―その3

自由度と比熱,熱力学の第1法則,状態方程式(の微分形)と完全微分,状態量
熱,仕事,内部エネルギー

5

第5回
エンタルピー

等圧比熱,定積比熱,エンタルピー

6

第6回
エントロピーの理解に向けて―その1

マイヤーの関係式,断熱過程,ポアソンの式

7

第7回
エントロピーの理解に向けて―その2

ポリトロープ変化,準静的過程,カルノーサイクル,熱効率

8

第8回
エントロピーの理解に向けて―その3

逆カルノーサイクル
冷凍サイクル,暖房サイクル,成績係数

9

第9回
エントロピー

クラウジウスの積分,新しい状態量:エントロピー,T-S線図,クラウジウスの不等式,孤立系におけるエントロピー増大の法則(熱力学第2法則)

10

第10回
補足と演習

熱力学第二法則の他の表現,熱力学第三法則,エントロピーについての補足
演習(第1回~第9回の内容)

11

第11回
自由エネルギーーその1

最大仕事の原理,ヘルムホルツの自由エネルギー,ギブズの自由エネルギー

12

第12回
自由エネルギーーその2

ギブズの自由エネルギーを用いた化学反応の分析
演習

13

第13回
エクセルギー

省エネルギーとは?,エクセルギーという概念,エクセルギーの理論体系,自由エネルギーとの違い,環境温度,束縛エネルギーの意味

14

第14回
ガスサイクルの基本

いろいろなガスサイクル

15

第15回
例題と解説

第11回から第14回の内容

授業実施形態

事前にオンデマンド動画および資料を配付し,講義時間はそれに対する解説,質疑,演習解説をする反転講義形式で講義を行う

授業外学習の指示

熱力学は実学であり,その理論体系を理解するためには種々の課題を実際に解き,得られた物性値(温度,圧力,体積等)をただの数値としてではなく,実感覚として理解する必要がある.そのためには講義後の復習が重要であり,それは1週間に3時間程度行うことが好ましい.講義に使用したスライドの一部はmanaba+Rにアップロードするが,自身がメモしたノートを第一に用い,次回の講義の備えることを望む.

成績評価方法

種別 割合(%) 評価基準等
定期試験(筆記) 0

レポート試験
(統一締切日を締切とするレポート)
0

上記以外の試験・レポート、平常点評価
(日常的な授業における取組状況の評価)
100

講義最後に課するレポートを主な評価対象とするが,講義中に不定期に行う小テスト,演習,質疑も考慮する

成績評価方法(備考)

受講および研究に関するアドバイス

ウェブ講義を行う場合,zoomを用いる.講義はPC, Mac, タブレット,スマホ等で視聴可能である.ただし,なるべく大きい画面での受講が望ましい.

講義にアクセスするためのURLは講義の数日前までにmanaba+R等を通じて通知する予定である.
また,講義資料も可能な限り事前にアップロードする.事前にダウンロードし予習をしておくことが望ましい.

web講義は可能な限り教員で録画し,後日panopto等にアップロードする予定である.アクセス用のURLはその都度manaba+R等を通じ通知する.この動画は基本的に受講生のみが視聴することを想定しているため,関係者以外にそのURLを公開しないこと.

教科書

教科書(使用頻度、その他補足)

参考書

書名 著者 出版社 ISBNコード 備考
熱力学 佐藤俊,国友孟 丸善
JSMEテキストシリーズ、熱力学 (社団法人)日本機械学会 丸善

参考書(使用頻度、その他補足)

参考になるwwwページ

授業内外における学生・教員間のコミュニケーションの方法

学生との直接対話,その他(教員より別途指示)

備考


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