熱力学Ⅱ

Course Information

College Tsuyama College Year 2019
Course Title 熱力学Ⅱ
Course Code 0020 Course Category Specialized / Compulsory
Class Format Lecture Credits Academic Credit: 2
Department Department of Mechanical Engineering Student Grade 4th
Term First Semester Classes per Week 2
Textbook and/or Teaching Materials 金原粲ほか「専門基礎ライブラリー 熱力学 事例でわかる考え方と使い方」(実教出版)
Instructor SAEKI Fumihiro

Course Objectives

学習目的:熱エネルギーに関する基本的知識を身に付けるとともに,工学技術への応用やエネルギーの有効利用について理解を深める。

到達目標:
1.熱力学第一法則を理解し,エネルギーの授受を計算できる。
2.熱力学第二法則を理解し,エントロピー変化を計算できる。
3.代表的なサイクルについて説明し,熱効率・成績係数を計算できる。
4.蒸気の性質を理解し,蒸気の状態量を計算することができる。

Rubric

不可
評価項目1熱力学第一法則の一貫した表現に基づき,閉じた系および開いた系の状態変化におけるエネルギーの授受を矛盾なく説明し,正確に計算できる。熱力学第一法則に基づき,閉じた系および開いた系におけるエネルギーの授受を計算できる。閉じた系および開いた系におけるエネルギーの授受を説明できる。左記に達していない。
評価項目2可逆過程と不可逆過程の違いを熱効率やエントロピーの観点から説明できる。また,理想気体の可逆変化におけるエントロピー変化を計算でき,T-S線図で表現できる。熱移動に伴うエントロピー生成について説明できる。また,理想気体の可逆変化におけるエントロピー変化を計算できる。熱力学第二法則を身近な現象や機械と関係付けて説明できる。また,エントロピーの定義を示すことができる。左記に達していない。
評価項目3カルノーサイクルおよび代表的なサイクルについて説明し,理想気体の状態変化に関する知識を応用して熱効率を導出できる。カルノー熱機関の熱効率とカルノー冷凍機・ヒートポンプの成績係数を計算できる。また,代表的なサイクルについて説明できる。熱効率と成績係数の定義を理解し,計算できる。また,熱源とやり取りされる熱量と仕事の関係を理解し,計算できる。左記に達していない。
評価項目4 湿り蒸気の状態量の求め方と蒸気表を利用して,水の状態変化における状態量変化を計算できる。湿り蒸気の比容積,比エンタルピー,比エントロピーを計算できる。水の等圧蒸発過程を例に,飽和温度,潜熱,圧縮液,飽和液,湿り蒸気,乾き飽和蒸気,過熱蒸気について説明できる。また,蒸気表の見方を理解している。左記に達していない。

Assigned Department Objectives

Teaching Method

Outline:
一般・専門の別:専門

学習の分野:エネルギーと流れ

必修・履修・履修選択・選択の別:必修

基礎となる学問分野:工学/機械工学/熱工学

学科学習目標との関連:本科目は機械工学科学習目標「(2)エネルギーと流れ,材料と構造,運動と振動,設計と生産・管理,情報と計測・制御,機械とシステムに関する専門技術分野の知識を修得し,工学現象の解析や機械の設計・製作に応用できる能力を身につける。」に相当する科目である。

技術者教育プログラムとの関連:本科目が主体とする学習・教育到達目標は「(A)技術に関する基礎知識の深化,A-2:「材料と構造」,「運動と振動」,「エネルギーと流れ」,「情報と計測・制御」,「設計と生産・管理」,「機械とシステム」に関する専門技術分野の知識を修得し,説明できること」である。

授業の概要:本科目は基礎科学に対応する学問であり,科学的思考を養う。熱エネルギーと仕事の相互変換および物質の状態変化の基礎について,工学技術への応用も考慮して解説する。
Style:
授業の方法:授業は板書を中心に進め,できるだけ丁寧に解説を行う。また,多くの演習問題を通して基礎理論の理解が深まるように配慮する。本科目は前期開講科目である。

成績評価方法:2回の定期試験の成績を同等に評価し(定期試験70%),これに演習と時間外の課題(30%)を加えた総合評価とする。試験には,教科書,ノートの持ち込みは許可しない。成績が60点未満の学生に対して再試験を実施する場合がある。その場合,定期試験と再試験の平均点を試験分として成績を再評価する。ただし,再評価による成績の上限は60点とする。なお,再試験の実施および受験資格は,該当者の学習態度を踏まえて判断する。
Notice:
履修上の注意:本科目は「授業時間外の学習を必修とする科目」である。1単位あたり授業時間として15単位時間開講するが,これ以外に30単位時間の学習が必修となる。これらの学習については担当教員の指示に従うこと。必修科目であり,課程修了には履修(欠課時間数が所定授業時間数の3分の1以下)が必須となる。

履修のアドバイス:熱力学は機械工学の基盤をなす重要な力学の1つである。基礎科目の内容をしっかり理解しておくことが望ましい。

基礎科目:物理Ⅱ(2年),微分積分Ⅰ(2),微分積分Ⅱ(3)

関連科目:熱力学Ⅰ(4年),流体工学Ⅰ,Ⅱ(4),熱機関(5),流体機械(5),伝熱工学(5),エネルギーシステム工学(専1),流体力学(専2)

受講上のアドバイス:暗記ではなく,知識を積み上げながら理解することが重要である。演習や課題には意欲的に取り組み,自ら考え理解を深めること。前期の熱力学Iの知識が前提となるため,必要に応じて復習すること。20分を越える遅刻・早退は1欠課,65分を越える遅刻・早退は2欠課とする。

Course Plan

Theme Goals
1st Semester
1st Quarter
1st ・ガイダンス
・熱力学の基本概念と閉じた系の熱力学第一法則の復習
・開いた系の熱力学第一法則〔開いた系,流動仕事とエンタルピー,エネルギー保存〕
◎開いた系の熱力学第一法則に関する課題
・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。
・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。
・熱力学の第一法則を説明できる。
・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。
・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。
2nd ・理想気体の性質と状態変化に関する復習
・理想気体のポリトロープ変化〔ポリトロープ変化の関係式と熱量・仕事〕
・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。
・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。
・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。
・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。
3rd ・熱力学第二法則の復習
・熱機関と冷凍機・ヒートポンプ〔熱効率と成績係数,カルノーサイクル〕
◎熱効率・成績係数・カルノーサイクルに関する課題
・熱力学の第二法則を説明できる。
・サイクルの意味を理解し,熱機関の熱効率を計算できる。
・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。
・冷凍機とヒートポンプの成績係数を計算できる。
4th ・エントロピー1〔不可逆サイクルの熱効率,エントロピーの定義〕 ・サイクルの意味を理解し,熱機関の熱効率を計算できる。
・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。
5th ・エントロピー2〔不可逆変化におけるエントロピー変化〕 ・サイクルの意味を理解し,熱機関の熱効率を計算できる。
・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。
6th ・エントロピー3〔可逆変化におけるエントロピー変化〕
◎エントロピーに関する課題
・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。
7th ・エントロピーとサイクル〔T-s線図〕
・有効エネルギー〔有効エネルギーと無効エネルギー〕
・サイクルをT-s線図で表現できる。
・有効エネルギーと無効エネルギーのついて説明できる。
8th 前期中間試験
2nd Quarter
9th 前期中間試験の返却と解答解説
10th ・熱機関のサイクル1〔熱機関の分類.オットーサイクル〕
◎オットーサイクルに関する課題
・オットーサイクルの各過程における状態量変化,熱,仕事を計算できる。
・オットーサイクルの熱効率を計算できる。
11th ・熱機関のサイクル2〔ディーゼルサイクル〕
◎ディーゼルサイクルに関する課題
・ディーゼルサイクルの各過程における状態量変化,熱,仕事を計算できる。
・ディーゼルサイクルの熱効率を計算できる。
12th ・蒸気1〔相変化,水の等圧蒸発過程,湿り蒸気の状態量,蒸気表〕
◎蒸気に関する課題1
・相変化を分類できる。
・水の等圧蒸発過程について説明できる。
・水および水蒸気の状態量を計算ができる。
13th ・蒸気2〔潜熱,相変化における状態量変化,蒸気曲線〕
◎蒸気に関する課題2
・潜熱と相変化における状態量変化について理解し,湿り蒸気の状態量を計算できる。
・蒸気線図について理解し,蒸気表と対応付けることができる。
14th ・蒸気3〔蒸気の状態変化〕
◎蒸気に関する課題3
・水の状態変化における状態量変化を計算できる。
15th 前期末試験
16th 前期末試験の返却と解答解説

Evaluation Method and Weight (%)

試験課題Total
Subtotal7030100
基礎的能力000
専門的能力7030100
分野横断的能力000