概要:
熱力学はマクロな立場にたって、エネルギーの形態の変化や変換、および熱の授受に伴う物質の状態変化を扱う学問である。基本的な法則を十分理解した上で、熱機関における動力の生産など、機械工学上重要な分野への応用を図る必要がある。そこで、本科目では、気体の法則、エネルギー・仕事、熱力学第一法則など熱力学の基礎について学ぶ。はじめに熱力学で重要な物理量について説明する。そして、熱力学第一法則、エネルギーの関係、理想気体について説明し、種々の物理量、仕事・熱量の求め方を説明する。次に、熱力学第二法則について説明する。
授業の進め方・方法:
はじめに熱力学で重要な物理量について説明する。そして、熱力学第一法則、エネルギーの関係、理想気体について説明し、種々の物理量、仕事・熱量の求め方を説明する。次に、熱力学第二法則について説明する。
注意点:
（自学自習の内容）授業後に必ず復習し、学習内容の理解を深めること。また授業内容に関連する課題を毎回提出すること。教科書各章の章末問題を解いておくこと。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
温度と熱平衡、熱力学第ゼロ法則、温度目盛の種類、熱力学で主に使用する量および単位、状態量
自学自習内容として講義内容についての課題を提出すること。 |
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。熱力学第ゼロ法則の意味を理解する。
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| 2週 |
温度と熱平衡、熱力学第ゼロ法則、温度目盛の種類、熱力学で主に使用する量および単位、状態量
自学自習内容として講義内容についての課題を提出すること。 |
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。熱力学第ゼロ法則の意味を理解する。
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| 3週 |
熱力学第一法則、仕事、熱、内部エネルギー、エンタルピー、閉じた系、開いた系
自学自習内容として講義内容についての課題を提出すること。 |
熱力学第一法則について理解し、エネルギー式を用いて、仕事、熱、内部エネルギー、エンタルピーを計算できる。
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| 4週 |
熱力学第一法則、仕事、熱、内部エネルギー、エンタルピー、閉じた系、開いた系
自学自習内容として講義内容についての課題を提出すること。 |
熱力学第一法則について理解し、エネルギー式を用いて、仕事、熱、内部エネルギー、エンタルピーを計算できる。
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| 5週 |
熱力学第一法則、仕事、熱、内部エネルギー、エンタルピー、閉じた系、開いた系
自学自習内容として講義内容についての課題を提出すること。 |
熱力学第一法則について理解し、エネルギー式を用いて、仕事、熱、内部エネルギー、エンタルピーを計算できる。
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| 6週 |
理想気体、理想気体の状態式、気体分子運動論
自学自習内容として講義内容についての課題を提出すること。 |
理想気体の性質を理解し、状態式を用いた計算ができる。
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| 7週 |
理想気体、理想気体の状態式、気体分子運動論
自学自習内容として講義内容についての課題を提出すること。 |
理想気体の性質を理解し、状態式を用いた計算ができる。
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| 8週 |
理想気体、理想気体の状態式、気体分子運動論
自学自習内容として講義内容についての課題を提出すること。 |
理想気体の性質を理解し、状態式を用いた計算ができる。気体分子運動論を理解する。
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| 2ndQ |
| 9週 |
理想気体の内部エネルギー、エンタルピー、比熱
自学自習内容として講義内容についての課題を提出すること。 |
理想気体の内部エネルギー，エンタルピー，比熱の計算ができる。
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| 10週 |
理想気体の内部エネルギー、エンタルピー、比熱
自学自習内容として講義内容についての課題を提出すること。 |
理想気体の内部エネルギー，エンタルピー，比熱の計算ができる。
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| 11週 |
可逆変化、理想気体の状態変化、等温変化、等圧変化、等容変化、断熱変化、ポリトロープ変化
自学自習内容として講義内容についての課題を提出すること。 |
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、それぞれの状態量、仕事、熱量を計算できる。
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| 12週 |
可逆変化、理想気体の状態変化、等温変化、等圧変化、等容変化、断熱変化、ポリトロープ変化
自学自習内容として講義内容についての課題を提出すること。 |
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、それぞれの状態量、仕事、熱量を計算できる。
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| 13週 |
可逆変化、理想気体の状態変化、等温変化、等圧変化、等容変化、断熱変化、ポリトロープ変化
自学自習内容として講義内容についての課題を提出すること。 |
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、それぞれの状態量、仕事、熱量を計算できる。
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| 14週 |
熱力学第二法則
自学自習内容として講義内容についての課題を提出すること。 |
熱力学第二法則について説明できる。
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| 15週 |
前期の総まとめ |
前学期の内容を理解する。
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| 16週 |
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| 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。 | 4 | 前6 |
| 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。 | 4 | 前1 |
| 物体の熱容量と比熱を用いた計算ができる。 | 4 | 前2,前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。 | 4 | 前9 |
| 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。 | 4 | 前14 |
| 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。 | 4 | 前11 |
| 気体の内部エネルギーについて説明できる。 | 4 | 前3,前9 |
| 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。 | 4 | 前3,前9 |
| 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。 | 4 | 前3 |
| 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。 | 4 | 前1,前2 |
| 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2,前3 |
| 熱力学の第一法則を説明できる。 | 4 | 前3 |
| 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 |
| 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4,前5 |
| 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6,前7,前15 |
| 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。 | 4 | 前9,前10 |
| 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,前15 |
| 熱力学の第二法則を説明できる。 | 4 | 前14,前15 |