熱力学

科目基礎情報

学校 長野工業高等専門学校 開講年度 令和07年度 (2025年度)
授業科目 熱力学
科目番号 0014 科目区分 専門 / 必修
授業形態 授業 単位の種別と単位数 学修単位: 4
開設学科 機械工学科 対象学年 4
開設期 通年 週時間数 2
教科書/教材 教科書:「JSMEテキストシリーズ」日本機械学会
担当教員 相馬 顕子,渡邊 直人

到達目標

熱力学の基本的な法則,理論について説明できる.特に熱力学第1法則、完全ガスの特性、完全ガスの状態変化、及び各種サイクルについて説明できることで、学習・教育目標(D-1),(D-2)の達成とする.

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
熱力学の基礎知識熱力学に関する各種の状態変化が説明でき、サイクルにおける熱効率などについて求めることができる.熱力学に関する各種の項目について説明できる.熱力学に関する各種の項目について説明できない.
熱力学の法則熱力学第一法則及び熱力学第二法則について説明し,系に当てはめることができる.熱力学第一法則及び熱力学第二法則について説明できる.熱力学第一法則及び熱力学第二法則について説明できない.
サイクルの評価各種サイクルのサイクルが説明でき,成績係数等を求められる.各種サイクルのサイクルが説明できる.各種サイクルのサイクルが説明できない.

学科の到達目標項目との関係

D D-1 説明 閉じる
D D-2 説明 閉じる

教育方法等

概要:
熱はエネルギの一形態であり,社会にとって重要な役割を持っている.熱に関する現象,理論を習得する.基本的な法則,理論を理解した上で各種熱機関,加熱・冷却,空気調和などへの適用の方法を学ぶ.
授業の進め方・方法:
・授業方法は講義を中心とする.
・この科目は学修単位科目であり,授業時間60時間に加えて,自学自習時間120時間が必要である.事前・事後学習として自ら予習・復習を行うとともに,与えられた課題等に取り組む.
注意点:
<成績評価>3回の試験で(D-1)および(D-2)を評価し,その合計の60%以上を取得した学生を合格とする. 定期試験の重みは,前期末試験50%,後期中間試験25%,学年末試験25%とする.
<授業時間外の学修の評価> 授業で与えられる課題等で自学自習を行うこと.課題等の取り組み状況は,評価割合に示す手段に従い評価する.
<オフィスアワー>授業のある日の16:00~17:00 機械工学科棟1F 相馬教員室(その他適宜対応をする)
<先修科目・後修科目>先修科目は工業力学、後修科目は,内燃機関,伝熱工学

授業の属性・履修上の区分

アクティブラーニング
ICT 利用
遠隔授業対応
実務経験のある教員による授業

授業計画

授業内容 週ごとの到達目標
前期
1stQ
1週 熱力学の基礎事項 熱力学の基礎事項について説明できる.
2週 状態量について 状態量について説明できる.
3週 閉じた系の熱力学第一法則 閉じた系の熱力学第一法則について説明できる.
4週 熱量と比熱 比熱と熱量の関係について説明できる.
5週 開いた系の熱力学第一法則 開いた系の熱力学第一法則について説明できる.
6週 内部エネルギー・エンタルピー 内部エネルギー・エンタルピーについて説明できる.
7週 等温変化 等温変化における諸量について説明できる.
8週 等積変化 等積変化における諸量について説明できる.
2ndQ
9週 等圧変化 等圧変化における諸量について説明できる.
10週 断熱変化・ポリトロープ変化 断熱変化・ポリトロープ変化について説明できる.
11週 熱力学の第二法則 熱力学の第二法則について説明できる.
12週 カルノーサイクル(1) カルノーサイクルについて説明できる.
13週 カルノーサイクル(2) カルノーサイクルの効率について説明できる.
14週 エントロピー エントロピーの定義について説明できる.
15週 固体・液体のエントロピー 固体・液体のエントロピーについて説明できる.
16週 前期中間達成度試験
後期
3rdQ
1週 理想気体のエントロピー 理想気体のエントロピーについて説明できる.
2週 有効・無効エネルギー 有効・無効エネルギーについて説明できる.
3週 エクセルギー エクセルギーについて説明できる.
4週 エクセルギー(化学反応) 化学変化に伴うエクセルギーの変化を説明できる.
5週 ガスサイクル(1) オットーサイクルの熱効率を計算できる.
6週 ガスサイクル(2) ディーゼルおよびサバテサイクルの熱効率が計算できる.
7週 ブレイトンサイクル ブレイトンサイクルについて説明できる.
8週 後期中間達成度評価 後期前半にて学習した内容を振り返り,自己評価する事ができる.
4thQ
9週 水の状態変化
蒸気の状態変化
水の状態変化がわかり,状態図を説明できる.
蒸気の状態変化を説明できる.
10週 蒸気タービンサイクル(1) ランキンサイクルについて説明できる.
11週 蒸気タービンサイクル(2) ランキンサイクルの熱効率について説明できる.
12週 再生・ 再熱サイクル 再生・ 再熱サイクルについて説明できる.
13週 冷凍サイクル(1) 冷凍機の原理を説明できる.
14週 冷凍サイクル(2) 逆カルノーサイクルについて説明できる.
15週 冷凍サイクル(3 冷凍機とヒートポンプの成績係数を説明できる.
16週 前期末試験達成度試験 後期後半にて学習した内容を振り返り,自己評価する事ができる.

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。3前1,前2,前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。3前2,前3,前5
熱力学の第一法則を説明できる。3前3,前5
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。3前5,前6,前7,前8,前9,前10
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。3前7,前8,前9,前10
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。3前7,前8,前9,前10
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。3前4,前8,前9
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。3前6
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。3前7,前8,前9,前10
熱力学の第二法則を説明できる。3前11
サイクルの意味を理解し、熱機関の熱効率を計算できる。3前12,前13,後5,後6,後7,後10,後11,後12,後13,後14,後15
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。3前12,前13,後3
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。3前14,後1
サイクルをT-s線図で表現できる。3後5,後6,後7,後10,後11,後12,後13,後14,後15

評価割合

前期末試験後期中間試験後期末試験合計
総合評価割合502525100
配点502525100