到達目標
・熱エネルギーと温度を理解する.
・熱エネルギーと力学的エネルギーを互いに変換できることを表した熱力学の第1法則を習得する.
・自然界の現象の方向性や変換限界などを表した熱力学の第2法則を習得する.
具体的には下記ルーブリックの各項目が到達目標になる.
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 |
熱エネルギー | 熱エネルギーを詳しく説明できる | 熱エネルギーを理解できる | 熱エネルギーを理解できない |
熱工学で用いる単位や状態量 | 単位や状態を説明できる
| 単位や状態を理解できる | 単位や状態を理解できない |
温度と熱量の違い,比熱,潜熱,顕熱 | 温度や熱量の違い,潜熱顕熱を説明できる. | 温度や熱量の違い,潜熱顕熱を理解できる | 温度と熱の違いが理解できない. |
エネルギー保存式である理想気体の状態方程式 | 理想気体の状態方程式で計算できる | 理想気体の状態方程式で説明できる | 理想気体の状態方程式が理解できない
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仕事量と仕事率の違い,力学的エネルギー保存式 | 力学的エネルギー保存則で計算できる. | 力学的エネルギー保存則を説明できる | 力学的エネルギー保存則を理解できない |
内部エネルギー,閉じた系の熱力学第1法則 | 閉じた系の熱力学第1法則を説明でき,計算できる | 閉じた系の熱力学第1法則を理解できる | 閉じた系の熱力学第1法則を理解できない |
エンタルピー,開いた系の熱力学第1法則 | 開いた系の熱力学第1法則を説明でき,計算できる | 開いた系の熱力学第1法則を理解できる | 開いた系の熱力学第1法則を理解できない |
理想気体の等温変化・等圧変化などの状態変化に伴う熱量と仕事量 | 理想気体の状態変化に伴う熱量と仕事量を説明でき計算できる | 理想気体の状態変化に伴う熱量と仕事量を説明できる | 理想気体の状態変化に伴う熱量と仕事量を説明できない |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
自動車のエンジンや飛行機のジェットエンジンなどは,燃料を燃やすことによって得られる熱エネルギーを力学的エネルギー(仕事)に変換する機器である.一方,冷蔵庫や冷暖房機器などは,電気エネルギーなどを熱エネルギーに変換する機器である.熱力学では,これらのエネルギーの変換方法や動作原理をまとめた学問である.
本授業では,熱エネルギーと温度を理解し,熱エネルギーと力学的エネルギーを互いに変換できることを表した熱力学の第1法則,自然界の現象の方向性や変換限界などを表した熱力学の第2法則を習得することを目標とする.
授業の進め方・方法:
熱エネルギーは直接に見ることができないが,そのエネルギーによって様々な機器が作動する.授業では,実際の現象を示しながら説明する.
注意点:
抽象的な表現や取扱いが多いため,自分の頭で現象をイメージしながら学習してください.授業計画は,学生の理解度に応じて変更する場合がある.
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 |
エネルギーの形態,授業計画説明,熱と熱現象 |
熱エネルギーを理解できる.
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2週 |
状態量と単位記号 |
熱工学で用いる単位や状態量を理解し,使うことができる.
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3週 |
温度と熱量 |
温度と熱量の違いを理解し,比熱,潜熱,顕熱を説明できる.
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4週 |
理想気体とその性質 |
エネルギー保存式である理想気体の状態方程式を説明できる.
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5週 |
熱力学の第1法則(1) |
仕事量と仕事率の違いを理解でき,力学的エネルギー保存式を説明できる.内部エネルギーを理解し,閉じた系の熱力学第1法則を説明できる.
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6週 |
熱力学の第1法則(2) |
エンタルピーを理解し,開いた系の熱力学第1法則を説明できる.
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7週 |
総合演習Ⅰ |
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8週 |
中間テスト |
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4thQ |
9週 |
中間テストの解答 |
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10週 |
理想気体の熱と仕事の関係(1) |
理想気体の等温変化・等圧変化・等積変化を説明でき,変化に伴う熱量と仕事量を計算することができる.
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11週 |
理想気体の熱と仕事の関係(2) |
理想気体の可逆断熱変化を説明でき,変化に伴う熱量と仕事量を計算することができる.理想気体のポリトロープ変化を説明でき,変化に伴う熱量と仕事量を計算することができる.
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12週 |
熱力学の第2法則(1) |
熱力学の第2法則を説明できる.
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13週 |
熱力学の第2法則(2) |
エントロピーを説明でき,エントロピーの計算ができる.
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14週 |
総合演習Ⅱ,総合演習Ⅲ |
理想気体の変化に伴う仕事と熱に関する問題を解くことができる.
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15週 |
期末テスト |
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16週 |
期末テストの解答とアンケート |
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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 |
評価割合
| 試験 | レポート | 合計 |
総合評価割合 | 70 | 30 | 100 |
理解度 | 70 | 30 | 100 |