熱力学

科目基礎情報

学校 沼津工業高等専門学校 開講年度 平成31年度 (2019年度)
授業科目 熱力学
科目番号 2019-40 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: 2
開設学科 機械工学科 対象学年 4
開設期 前期 週時間数 2
教科書/教材 工業熱力学,丸茂榮佑,木本恭司著,コロナ社
担当教員 新冨 雅仁

到達目標

1. 温度と熱、圧力と仕事について理解し、計算ができる。
2. 熱力学の第一法則を理解し、熱量、仕事、内部エネルギー、エンタルピーなどの計算ができる。
3. 完全ガスの性質や状態変化を理解し、熱量、仕事などの計算ができる。
4. カルノーサイクルの特性を理解し、効率などの計算ができる。
5. 熱力学の第二法則やエントロピーについて理解し、完全ガスなどのエントロピー変化が計算できる。
6. 環境エネルギー工学、新機能材料工学、医療福祉機器開発工学等の分野において熱力学が係わる事象を説明できる。(B1-3)

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
1.温度と熱、圧力と仕事について理解し、計算ができる。 □温度と熱、圧力と仕事を理解し、熱量、仕事などをほぼ正しく計算できる。 □温度と熱、圧力と仕事を理解し、大きな誤りなく計算できる。□温度と熱、圧力と仕事を理解しておらず、計算ができない。
2.熱力学の第一法則を理解し、熱量、仕事、内部エネルギー、エンタルピーなどの計算ができる。□熱力学の第一法則を理解し、熱量、仕事、内部エネルギー、エンタルピーなどをほぼ正しく計算ができる。□熱力学の第一法則を理解し、熱量、仕事、内部エネルギー、エンタルピーなどを大きな誤りなく計算ができる。□熱力学の第一法則を理解しておらす、熱量、仕事、内部エネルギー、エンタルピーなどの計算ができない。
3.完全ガスの性質や状態変化を理解し、熱量、仕事などの計算ができる。□完全ガスの性質や状態変化を理解し、熱量、仕事などをほぼ正しく計算できる。□完全ガスの性質や状態変化を理解し、熱量、仕事などを大きな誤りなく計算できる。□完全ガスの性質や状態変化を理解しておらず、熱量、仕事などの計算ができない。
4.カルノーサイクルの特性を理解し、効率などの計算ができる。□カルノーサイクルの特性を理解し、効率などをほぼ正しく計算できる。□カルノーサイクルの特性を理解し、効率などを大きな誤りなく計算できる。□カルノーサイクルの特性を理解しておらず、効率などの計算ができない。
5.エントロピーについて理解し、完全ガスのエントロピー変化が計算できる。□エントロピーについて理解し、完全ガスのエントロピー変化をほぼ正しく計算できる。□エントロピーについて理解し、完全ガスのエントロピー変化を大きな誤りなく計算できる。□エントロピーについて理解しておらず、完全ガスのエントロピー変化が計算できない。
6.環境エネルギー工学、新機能材料工学、医療福祉機器開発工学等の分野において熱力学が係わる事象を説明できる。(B1-3)□環境エネルギー工学、新機能材料工学、医療福祉機器開発工学等の分野において熱力学が係わる事象を具体的かつ詳細に説明できる。□環境エネルギー工学、新機能材料工学、医療福祉機器開発工学等の分野において熱力学が係わる事象を説明できる。□環境エネルギー工学、新機能材料工学、医療福祉機器開発工学等の分野において熱力学が係わる事象を説明できない。

学科の到達目標項目との関係

実践指針 (B1) 説明 閉じる
実践指針のレベル (B1-3) 説明 閉じる
【本校学習・教育目標(本科のみ)】 2 説明 閉じる
【プログラム学習・教育目標 】 B 説明 閉じる

教育方法等

概要:
熱力学は、熱の授受によって引き起こされる物質の諸変化を考える学問である。18世紀後半の産業革命以降後,各種熱機関が考案され、現在、これらの熱機関が我々の生活を支えている。一方で、熱機関を動作させるために我々は大量の化石燃料を消費しており、地球温暖化に代表される種々の環境問題を引き起こしている。これらの問題を解決する環境負荷の少ないシステムを開発するには、熱力学を学ぶことが必要不可欠である。

本講義では、工学や工業への応用に主眼を置くこととし、エネルギー保存則(熱力学の第一法則)およびエネルギーの価値、変化の方向性(熱力学の第二法則)を学ぶ。
授業の進め方・方法:
授業は講義を中心に、演習を混ぜつつ行う。
適宜レポート課題を課すので、期限を守って提出すること。
注意点:
1. 評価については、評価割合に沿って行います。ただし、適宜再試や追加課題を課し、加点することがあります。
2. 中間試験を授業時間内に実施することがあります。
3. この科目は学修単位科目であり、1単位あたり15時間の対面授業を実施します。併せて1単位あたり30時間の事前学習・事後学修が必要となります。
4. 授業目標6(B1-3)が標準基準(6割)以上で、かつ科目全体で60点以上の場合に合格とする。

授業計画

授業内容 週ごとの到達目標
前期
1stQ
1週 ガイダンス、温度と熱 熱力学を学ぶ必要性や背景を理解できる。
温度や温度目盛(単位)について説明できる。
2週 熱および圧力と仕事 比熱や熱容量を理解し、熱量の計算ができる。
ゲージ圧と絶対圧を理解し、換算ができる。
仕事の定義について説明できる。
3週 熱力学の第一法則 (1) 閉じた系のエネルギー式を理解し、仕事量などの計算ができる。
4週 熱力学の第一法則 (2) 開いた系のエネルギー式を理解し、仕事量などの計算ができる。
5週 完全ガス (1) 完全ガスの状態方程式ならびに比熱について説明できる。
6週 完全ガス (2) 完全ガスの分子運動論について説明できる。
7週 完全ガスの状態変化 (1) 等温変化、等容変化、等圧変化を理解し、熱量や仕事量などの計算ができる。
8週 完全ガスの状態変化 (2) 断熱変化、ポリとロープ化を理解し、熱量や仕事量などの計算ができる。
2ndQ
9週 熱力学の第二法則 熱機関の効率と冷凍機の成績係数について理解し、計算ができる。
10週 熱力学の第二法則 熱力学の第二法則と可逆変化・不可逆変化について説明できる。
11週 カルノーサイクル カルノーサイクルの熱効率を計算できる。
12週 エントロピー (1) クラウジウスの積分、エントロピーの定義、エントロピー生成について説明できる。
13週 エントロピー (2) 完全ガスのエントロピー変化を計算できる。
サイクルをT-s線図上に描くことができる。
14週 課題研究 (1) 環境エネルギー工学、新機能材料工学、医療福祉機器開発工学の分野において、熱力学がかかわる事象を説明できる。
15週 課題研究 (2) 環境エネルギー工学、新機能材料工学、医療福祉機器開発工学の分野において、熱力学がかかわる事象を説明できる。
16週

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
基礎的能力自然科学物理力学等加速度直線運動の公式を用いて、物体の座標、時間、速度に関する計算ができる。3
自由落下、及び鉛直投射した物体の座標、速度、時間に関する計算ができる。3
水平投射、及び斜方投射した物体の座標、速度、時間に関する計算ができる。3
工学基礎情報リテラシー情報リテラシー論理演算と進数変換の仕組みを用いて基本的な演算ができる。2
同一の問題に対し、それを解決できる複数のアルゴリズムが存在しうることを知っている。3
与えられた基本的な問題を解くための適切なアルゴリズムを構築することができる。3
任意のプログラミング言語を用いて、構築したアルゴリズムを実装できる。3
専門的能力分野別の専門工学機械系分野力学速度の意味を理解し、等速直線運動における時間と変位の関係を説明できる。4
加速度の意味を理解し、等加速度運動における時間と速度・変位の関係を説明できる。4
運動の第一法則(慣性の法則)を説明できる。4
情報処理プログラムを実行するための手順を理解し、操作できる。4
定数と変数を説明できる。4
整数型、実数型、文字型などのデータ型を説明できる。3
演算子の種類と優先順位を理解し、適用できる。3
算術演算および比較演算のプログラムを作成できる。4
データを入力し、結果を出力するプログラムを作成できる。4
条件判断プログラムを作成できる。4
繰り返し処理プログラムを作成できる。4
一次元配列を使ったプログラムを作成できる。4

評価割合

試験レポート相互評価態度ポートフォリオその他合計
総合評価割合70300000100
基礎的能力0000000
専門的能力7020000090
分野横断的能力010000010