概要:
主として、熱から動力を取り出す上で必要となる理論・法則を扱う工業熱力学に関する講義を行う。
関連する科目：熱力学B（後期履修）
授業の進め方・方法:
教科書に沿った配布資料をプロジェクターで投影しながら講義を進める。最後に学習内容の確認のための小テストを行う。
注意点:
力、仕事、力のつりあいなど初等力学の知識をベースとし、また式の誘導中に微分、偏微分が現れるので、これらについてきちんと復習しておくこと。
|
|
週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
授業の概要説明、熱力学の意義
基本概念(1)：系、エネルギー |
エネルギーの意味と種類、エネルギー保存の法則を説明できる。
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。
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。
|
| 2週 |
基本概念(2)：温度、熱平衡、熱量、比熱、状態量 |
物体の熱容量と比熱について理解する。
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。
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。
エネルギーの意味と種類、エネルギー保存の法則を説明できる。
|
| 3週 |
基本概念(3)：単位
熱と仕事、閉じた系の熱力学第１法則(1) |
動摩擦力がする仕事は、一般に熱となることを理解する。
気体の内部エネルギーについて理解している。
熱力学第一法則について理解している。
|
| 4週 |
閉じた系の熱力学第１法則(2)、熱力学的平衡と準静的過程 |
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理解する。
|
| 5週 |
準静的過程における閉じた系の熱力学第１法則 |
熱力学第一法則について理解している。
熱力学の第一法則を説明できる。
閉じた系および開いた系が外界にする仕事量をｐ－Ｖ線図で説明できる。
|
| 6週 |
開いた系の熱力学第１法則(1)：流動仕事とエンタルピー |
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。
|
| 7週 |
開いた系の熱力学第１法則(2)：定常流動系のエネルギー保存則 |
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。
閉じた系および開いた系が外界にする仕事量をｐ－Ｖ線図で説明できる。
|
| 8週 |
中間試験 |
試験時間：50分
|
| 2ndQ |
| 9週 |
試験の返却・解説、理想気体の性質(1)：状態方程式 |
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。
|
| 10週 |
理想気体の性質(2)：理想気体の内部エネルギー、比熱 |
定容比熱、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。
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。
|
| 11週 |
理想気体の準静的過程(1)：等温・等圧・等積過程 |
等圧変化、等容変化、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。
|
| 12週 |
理想気体の準静的過程(2)：断熱過程 |
等圧変化、等容変化、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。
|
| 13週 |
理想気体の準静的過程(3)：４つの準静的過程のまとめ |
等圧変化、等容変化、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。
|
| 14週 |
理想気体の準静的過程(4)：ポリトロープ過程 |
等圧変化、等容変化、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。
|
| 15週 |
これまでの学習内容の総復習 |
これまでの学習内容が理解できているか確認する
|
| 16週 |
期末試験
17週：試験解説と発展授業 |
試験時間：50分
|
| 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 | 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 | 前2 |
| 物体の熱容量と比熱を用いた計算ができる。 | 3 | 前2 |
| 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 | 前2 |
| 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 | 前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 | 前3,前4,前5,前6,前7 |
| 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 | 前1 |
| 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 | 前4 |
| 熱機関の熱効率に関する計算ができる。 | 3 | |
| 化学(一般) | 化学(一般) | ボイルの法則、シャルルの法則、ボイル-シャルルの法則を説明でき、必要な計算ができる。 | 3 | |
| 気体の状態方程式を説明でき、気体の状態方程式を使った計算ができる。 | 3 | |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 機械系分野 | 力学 | 仕事の意味を理解し、計算できる。 | 4 | |
| エネルギーの意味と種類、エネルギー保存の法則を説明できる。 | 4 | 前1,前3 |
| 位置エネルギーと運動エネルギーを計算できる。 | 4 | |
| 動力の意味を理解し、計算できる。 | 4 | 前2 |
| 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2,前3 |
| 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,前6 |
| 熱力学の第一法則を説明できる。 | 4 | 前3,前4,前5,前6,前7 |
| 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3,前4,前5,前6,前7 |
| 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5,前7 |
| 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9,前11,前12,前13 |
| 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10,前13 |
| 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10,前11,前12,前13 |
| 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11,前12,前13 |