到達目標
1.熱力学第1,第2法則を理解し,理想気体モデルを用いて熱と仕事を評価できる。(B1-3)
2.熱力学第1,第2法則から永久機関が存在しないことを示し,熱機関の効率を評価することができる。(B1-3)
3.非平衡におけるエントロピー生成の意味を理解し,熱伝導,化学反応についてその概念を適用することができる。
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 |
熱力学第1,第2法則を理解し,理想気体モデルを用いて,複数の過程における熱と仕事を評価できる.(B1-3) | □理想気体モデルを用いて,複数の過程における熱と仕事を評価できる. | □理想気体モデルを用いて,断熱,及び等温過程における熱と仕事を評価できる. | □理想気体モデルを用いて,断熱,及び等温過程における熱と仕事を評価できない. |
熱力学第1,第2法則から,永久機関が存在しないことを示し,熱機関の効率を評価することができる.(B1-3) | □永久機関が存在しないことを,数式を用いて,説明できる. | □永久機関が存在しないことを,例を用いて,説明できる. | □永久機関が存在しないことを,例を用いて,説明できない. |
非平衡状態におけるエントロピー生成の意味を理解し,熱伝導,化学反応について説明できる. | □非平衡状態におけるエントロピー生成の意味を理解し,熱伝導,化学反応について説明できる. | □非平衡状態におけるエントロピー生成について説明できる. | □非平衡状態におけるエントロピー生成について説明できない. |
学科の到達目標項目との関係
実践指針 (B1)
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実践指針のレベル (B1-3)
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【本校学習・教育目標(本科のみ)】 2
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【プログラム学習・教育目標 】 B
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教育方法等
概要:
工学技術が対象とする現象の全ては熱力学によって記述され,運用されている.本講義では、熱平衡における熱力学の方法を解説するとともに,非平衡現象である熱伝導や化学反応について学習する.
授業の進め方・方法:
授業は講義を中心に適宜学習内容について議論を行う。講義中は集中して聴講すると共に、積極的に議論に参加すること。
適宜、レポート課題を課すので、翌週の授業の開始時に提出すること。
注意点:
1.試験や課題レポート等は、JABEE 、大学評価・学位授与機構、文部科学省の教育実施検査に使用することがあります。
2.授業参観される教員は当該授業が行われる少なくとも1週間前に教科目担当教員へ連絡してください。
3.到達目標1,2(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。評価項目については評価(ルーブリック)、評価基準については成績評価基準表(別紙)による。
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
授業ガイダンス 、 力学と熱力学 |
授業計画の説明、時間反転に対称()か非対称かを区別する。
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2週 |
熱と仕事と内部エネルギー |
内部エネルギーの変化と熱と仕事の関係を理解する。
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3週 |
理想気体の状態方程式 |
理想気体の状態方程式を実験結果の積み上げの結果として理解する。
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4週 |
気体の分子論 |
理想気体の状態方程式を分子論的に導く。
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5週 |
運動エネルギーの平均値 |
熱力学の基礎となる状態量の意味を平均値の概念を通じて理解する。
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6週 |
熱力学第一法則と熱力学的ポテンシャル |
熱力学第一法則の意味をルシャンドル変換を通じて理解する。
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7週 |
理想気体の熱力学第一法則 |
熱力学第一法則を理想気体に適用して各状態量の意味を理解する。
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8週 |
エントロピーと熱力学第二法則 |
エントロピーの意味を理解する。
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2ndQ |
9週 |
熱機関(カルノーサイクル) |
熱機関(カルノーサイクル)と熱力学第二法則の関連を理解する。
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10週 |
エネルギー等分配測 |
自由度とエネルギー当配分測の関連を理解する。
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11週 |
熱放射 |
ステファン・ボルツマン則とエネルギー等配分則の関係について理解する。
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12週 |
化学ポテンシャル |
ギッブスの自由エネルギー、化学平衡について知る。
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13週 |
熱伝導 |
非平衡熱力学の典型例として熱伝導について知る。
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14週 |
化学反応 |
非平衡熱力学の典型例として化学反応のサイクリックバランスについて知る。
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15週 |
授業のまとめ 宇宙の熱力学 |
ビッグバンからブラックホールまで、宇宙の進化を熱力学を用いて概観する。
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16週 |
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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 |
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 | |
熱機関の熱効率に関する計算ができる。 | 3 | |
評価割合
| 定期試験 | 課題レポート | ノート評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
総合評価割合 | 50 | 30 | 20 | 0 | 0 | 0 | 100 |
基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
専門的能力 | 50 | 30 | 20 | 0 | 0 | 0 | 100 |
分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |