到達目標
□熱エネルギと力学的エネルギは同一の単位を持つ物理量であり、互いに変換が可能であることを説明できる
□状態量、絶対仕事、工業仕事、エンタルピ等の物理的な意味を正しく理解し、理想気体の状態式を用いて、理想気
体が状態変化するときの状態量や仕事、熱量の計算ができる
□熱機関の熱効率、冷凍機と熱ポンプの動作係数について理解し、高低両熱源の温度が決められたときカルノーサイ
クルが最も高い熱効率を示す事を説明できる
□エントロピという状態量が導入される理論的な過程を理解し、エントロピの物理的な意味を正しく説明できる
□定常流れにおける気体の状態変化を理解し、ノズル内流れの計算ができる
□蒸気の性質を理解し、飽和蒸気表や蒸気線図を用いて蒸気の状態変化が計算できる
□実用される熱機関の理論サイクルについて理解し、それらのサイクルに関する計算ができる
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安 | 標準的な到達レベルの目安 | 未到達レベルの目安 |
| 評価項目1 | 熱力学の第一法則を理解し，説明できる | 熱力学の第一法則を説明できる | 熱力学の第一法則を説明できない |
| 評価項目2 | 熱力学の第二法則を理解し，説明できる | 熱力学の第に法則を説明できる | 熱力学の第二法則を説明できない |
| 評価項目3 | サイクルの意味を理解し，熱効率および成績係数を説明できる | サイクルの熱効率および成績係数を説明できる | サイクルの熱効率および成績係数を説明できない |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
熱はエネルギの一種であり、位置エネルギや運動エネルギ等の力学的エネルギと同一の単位を持つ物理量であること
が、ジュールの実験によって明らかにされた。そして、熱エネルギを効率よく連続的に力学的エネルギに変換する方
法が盛んに研究され、どのようにしたら効率のよい熱機関が出来るかが明らかになった。しかし、他方では熱エネル
ギをすべて仕事に変える、すなわち、効率100％の熱機関は実現不可能であることも証明された。
熱エネルギを仕事に変換する熱機関（エンジン）では、温度や圧力によって大きく体積が変化する気体の性質を利用
している。このような気体を作業物質と呼ぶが、熱機関に用いられる作業物質には、ガソリンエンジンの燃焼ガスの
ように理想気体として扱えるものと、蒸気タービンの蒸気のように理想気体とはほど遠い性質を示すものがある。熱
力学では、まず作業物質に熱を加えたり体積を変化させたりしたときに、作業物質がどのような性質を示すかという
作業物質の状態変化について学ぶ。さらに、状態変化の組み合わせによって、熱エネルギを連続的に力学的エネルギ
に変換する「サイクル」について学び、熱エネルギの仕事への変換の限界を示す第二法則やエントロピの概念を理解
する。
最後に、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスタービン、蒸気タービン等ではどのようなサイクルが実現さ
れているのかを明らかにし、熱効率向上の方法について考察する。
授業の進め方・方法:
座学．関数電卓
注意点:
物理と化学，特に力学と物理化学に関する基礎知識が必要です
授業の属性・履修上の区分
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
熱力学の概要 |
熱を仕事に変える原理が理解できる
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| 2週 |
熱力学の第一法則 |
熱力学の第一法則を説明できる
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| 3週 |
絶対仕事，工業仕事およびエンタルピー |
絶対仕事，工業仕事，エンタルピーが説明できる
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| 4週 |
熱機関の熱効率 |
各熱機関の熱効率が計算できる
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| 5週 |
熱力学の第二法則 |
熱力学の第二法則を説明できる
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| 6週 |
カルノーサイクルとクラウジウス積分 |
カルノーサイクルの原理が理解でき，クラウジウス積分が説明できる
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| 7週 |
エントロピー |
エントロピーの定義とその意味を説明できる
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| 8週 |
中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
サイクル |
サイクルの仕組みが理解できる
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| 10週 |
ガスサイクル |
オットー，ディーゼル，サバテ，ガスタービンサイクルの原理が理解でき，熱効率が計算できる
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| 11週 |
水蒸気の性質 |
相変化による水の状態変化が説明できる
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| 12週 |
蒸気サイクル |
ランキンサイクルの原理が理解でき，熱効率が計算できる
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| 13週 |
冷凍サイクル |
連投サイクルの原理が理解でき，冷凍機およびヒートポンプの成績係数が計算できる
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| 14週 |
熱エネルギーと運動エネルギー |
熱エネルギーと運動エネルギーの保存が説明できる
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| 15週 |
試験答案返却 |
ここまでの内容が説明できる
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| 16週 |
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
| 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 | |
| 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 | |
| 熱力学の第一法則を説明できる。 | 4 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 熱力学の第二法則を説明できる。 | 4 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| サイクルをT-s線図で表現できる。 | 4 | |
評価割合
| 試験 | 課題 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 80 | 20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 80 | 20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |