概要:
熱力学第1法則および第2法則の重要性を理解し、理想気体の基礎や状態変化について理解を深めることを目標とする。
授業の進め方・方法:
シラバスにある授業計画に従い講義を進める。必要に応じて教科書の該当箇所を参照すること。また、小テストおよび課題を実施するので、計画的に準備し、積極的に取り組むことが必要である。
注意点:
教科書の章末問題に自主的に取り組むこと。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
ガイダンス、熱力学の基礎（基礎概念） |
講義の進め方および評価方法について理解できる。熱力学で使用する物理量および単位を説明できる。
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| 2週 |
熱力学の第1法則 1（熱と仕事、閉じた系、絶対仕事） |
熱と仕事、閉じた系、絶対仕事について説明・計算できる。
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| 3週 |
熱力学の第1法則 2（第一法則、内部エネルギー） |
第一法則、内部エネルギーについて説明・計算できる。
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| 4週 |
熱力学の第1法則 3（開いた系、工業仕事、エンタルピー） |
開いた系、工業仕事、エンタルピーについて説明・計算できる。
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| 5週 |
理想気体 1（概要、理想気体の状態方程式、ボイル・シャルルの法則、アボガドロの法則） |
理想気体の状態方程式、ボイル・シャルルの法則、アボガドロの法則について説明・計算できる。
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| 6週 |
理想気体 2（状態量、比熱、内部エネルギー、エンタルピー、等温変化）
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状態量、比熱、内部エネルギー、エンタルピー、等温変化について説明・計算できる。
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| 7週 |
理想気体 3（等圧・等積・断熱変化） |
等圧・等積・断熱変化について説明・計算できる。
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| 8週 |
前期中間試験 |
試験実施
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| 2ndQ |
| 9週 |
前期中間試験返却および解説 |
前期中間試験返却および解説
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| 10週 |
理想気体 4（ポリトロープ変化） |
ポリトロープ変化について説明・計算できる。
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| 11週 |
理想気体 4（混合ガス） |
混合ガスについて説明・計算できる。
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| 12週 |
熱力学の第2法則 1（第二法則、熱効率、カルノーサイクル） |
第二法則、熱効率、カルノーサイクルについて説明・計算できる。
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| 13週 |
熱力学の第2法則 2（逆カルノーサイクル、成績係数、エントロピー） |
逆カルノーサイクル、成績係数、エントロピーについて説明・計算できる。
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| 14週 |
熱力学の第2法則 3（有効・無効エネルギー） |
有効・無効エネルギーについて説明・計算できる。
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| 15週 |
総合演習 |
演習問題実施
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| 16週 |
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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 |
| 基礎的能力 | 自然科学 | 物理 | 熱 | 原子や分子の熱運動と絶対温度との関連について説明できる。 | 3 | |
| 時間の推移とともに、熱の移動によって熱平衡状態に達することを説明できる。 | 3 | |
| 物体の熱容量と比熱を用いた計算ができる。 | 3 | |
| 熱量の保存則を表す式を立て、熱容量や比熱を求めることができる。 | 3 | |
| 動摩擦力がする仕事は、一般に熱となることを説明できる。 | 3 | |
| ボイル・シャルルの法則や理想気体の状態方程式を用いて、気体の圧力、温度、体積に関する計算ができる。 | 3 | |
| 気体の内部エネルギーについて説明できる。 | 3 | |
| 熱力学第一法則と定積変化・定圧変化・等温変化・断熱変化について説明できる。 | 3 | |
| エネルギーには多くの形態があり互いに変換できることを具体例を挙げて説明できる。 | 3 | |
| 不可逆変化について理解し、具体例を挙げることができる。 | 3 | |
| 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 | |