概要:
本科目は，「熱力学」の学問分野の基礎的な部分をわかりやすく，丁寧に講義し，熱エネルギーから仕事への変換について，その本質から理解して，実際の物理現象を数学的に理解できる能力の基盤を作ることを目標とするものである．
授業の進め方・方法:
講義を中心とし，1回の授業ごとに授業内容に関する問題を解いて解答をwebに入力する．
注意点:
物理学の知識を有することが望ましい．
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
基礎的事項・熱力学第一法則(熱・仕事・内部エネルギー) |
熱力学の基本的な用語について説明することができる。熱力学第一法則を説明することができ、第一種永久機関の存在を否定できる。
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| 2週 |
熱力学第一法則(閉じた系と開いた系のエネルギー保存) |
閉じた系と開いた系でエネルギー保存を考え、式を組立てる事ができる。エンタルピーという状態量について説明できる。
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| 3週 |
理想気体(状態方程式・気体の比熱) |
理想気体の状態方程式を用いて状態量を計算する事ができる。また、気体の比熱について説明する事ができる。
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| 4週 |
理想気体(状態式・等温変化・等圧変化・等容変化) |
状態変化における熱量、内部エネルギー、仕事の変化量を計算する事ができる。
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| 5週 |
理想気体(可逆断熱変化・ポリトロープ変化) |
状態変化における熱量、内部エネルギー、仕事の変化量を計算する事ができる。
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| 6週 |
熱力学第二法則(カルノーサイクル) |
サイクルの意味を理解し、カルノーサイクルを構成する状態変化から熱効率を計算する事ができる。
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| 7週 |
熱力学第二法則(エントロピー) |
エントロピーの定義を理解し、可逆変化および不可逆変化におけるエントロピーの変化を説明できる。
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| 8週 |
【前期中間試験】
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| 2ndQ |
| 9週 |
有効エネルギー(最大仕事と有効エネルギー) |
熱を仕事に変える際の最大仕事と有効エネルギーを計算する事ができる。
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| 10週 |
有効エネルギー(自由エネルギーとエクセルギー効率) |
ヘルムホルツとギブスの自由エネルギーを計算する事ができ、熱機関の熱効率とエクセルギー効率の違いを説明できる。
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| 11週 |
実在気体(状態変化・状態方程式) |
実在気体の状態変化から実在気体の状態方程式の成り立ちについて説明する事ができる。
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| 12週 |
実在気体(蒸気表)・蒸気機関 |
蒸気の状態から適切な蒸気表を選び、適切な状態量を計算する事ができる。
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| 13週 |
熱力学の一般関係式(マクスウェルの関係式・マイヤーの関係式) |
各熱力学関係式について導出することが出来、偏微分の形であらわされた状態量について説明する事ができる。
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| 14週 |
熱力学の一般関係式(ジュール-トムソン効果・クラペイロン-クラウジウスの式) |
熱力学関係式を用いてジュール-トムソン効果・クラペイロン-クラウジウスの式を説明する事ができる。
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| 15週 |
期末試験 |
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| 16週 |
テスト返却と解説 |
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| 分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 機械系分野 | 熱流体 | 熱力学で用いられる各種物理量の定義と単位を説明できる。 | 4 | 前1 |
| 閉じた系と開いた系、系の平衡、状態量などの意味を説明できる。 | 4 | 前1,前2 |
| 熱力学の第一法則を説明できる。 | 4 | 前1,前2 |
| 閉じた系と開いた系について、エネルギー式を用いて、熱、仕事、内部エネルギー、エンタルピーを計算できる。 | 4 | 前2 |
| 閉じた系および開いた系が外界にする仕事をp-V線図で説明できる。 | 4 | 前2 |
| 理想気体の圧力、体積、温度の関係を、状態方程式を用いて説明できる。 | 4 | 前3 |
| 定積比熱、定圧比熱、比熱比および気体定数の相互関係を説明できる。 | 4 | 前3 |
| 内部エネルギーやエンタルピーの変化量と温度の関係を説明できる。 | 4 | 前1,前2,前3 |
| 等圧変化、等積変化、等温変化、断熱変化、ポリトロープ変化の意味を理解し、状態量、熱、仕事を計算できる。 | 4 | 前4,前5 |
| 熱力学の第二法則を説明できる。 | 4 | 前6,前7 |
| サイクルの意味を理解し、熱機関の熱効率を計算できる。 | 4 | 前6 |
| カルノーサイクルの状態変化を理解し、熱効率を計算できる。 | 4 | 前6 |
| エントロピーの定義を理解し、可逆変化および不可逆変化におけるエントロピーの変化を説明できる。 | 4 | 前7 |
| サイクルをT-s線図で表現できる。 | 4 | 前7 |