概要:
一般・専門の別： 専門・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： 理工系/工学/機械工学/熱工学
学科学習目標との関連： 本科目は電子制御工学科学習目標「(2)情報と計測・制御，設計と生産，材料と構造，機械とシステム，運動と振動，エネルギーと流れに関する専門技術分野の知識を修得し，工学問題の解析やメカトロニクス関連機器の設計や製作が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｣｢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｣であるが，付随的には「A-1」にも関与する。
授業の概要： 自動車のエンジンや火力発電所のガスタービン，蒸気タービンはどのような原理で動力を発生するのだろうか。熱と仕事の関係を中心にエネルギーの保存則を理解し，次に熱を仕事に変える時に重要な役割を演ずるガスや蒸気の性質について状態変化関係式を学ぶ。また，熱の流れには方向性があることとその指標となるエントロピーや有効エネルギーの概念について学ぶ。
授業の進め方・方法:
授業の方法： 1週2単位の授業である。教科書を用いて板書により授業を進める。熱力学は実際の現象を計算すると実感が湧き身近な学問と感じられる。多くの演習問題を具体的に解くことで応用力がつくように配慮する。
成績評価方法： 4回の定期試験の結果をそれぞれ同等に評価する(80％)。演習問題，レポート(20％)。試験には，教科書･ノートの持込を許可しない。要すれば，再試験を実施する。その際，通常の評価基準に基づいて再計算された試験点と再試験前の試験点の，いずれか良い方を採用する（上限は60点）。
注意点:
履修上の注意： 学年の課程修了のためには本科目の履修が必須である。
履修のアドバイス： 機械系基本科目である本科目は，実際の機械や装置を制御しようとするとき，制御対象物理量を具体的に理解するのに不可欠の科目となる。
基礎科目： 物理Ⅰ(2年)，物理Ⅱ(3)，応用物理Ⅰ(3)，応用物理Ⅱ(4)など
関連科目： 流体工学(4年)，制御工学Ⅰ(4)，制御工学Ⅱ(5)，設計工学(5)，計測工学(5)，センサ工学(5)，ロボット工学(5)，エネルギーシステム工学(専1)，流体力学(専2)など
受講上のアドバイス： 広範囲にわたって学習するので，特に復習は演習問題を中心に自ら解いてみることが大切。なお，授業開始時に着席していない場合は遅刻とし，授業開始後40分で1欠課，80分で2欠課とする。
|
|
週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
・ガイダンス〔熱と温度，比熱の熱容量，潜熱と顕熱〕 |
|
| 2週 |
・圧力と仕事 〔圧力と仕事，絶対仕事と工業仕事〕 |
圧力と仕事，絶対仕事と工業仕事の理解
|
| 3週 |
・熱力学第一法則〔ジュールの実験と熱力学の第一法則，保存則〕
|
ジュールの実験と熱力学の第一法則，保存則の理解
|
| 4週 |
・熱力学第一法則〔ジュールの実験と熱力学の第一法則，保存則〕 |
ジュールの実験と熱力学の第一法則，保存則の理解
|
| 5週 |
・熱力学第一法則〔内部エネルギー〕 |
内部エネルギーの理解
|
| 6週 |
・熱力学第一法則〔エンタルピー〕 |
エンタルピーの理解
|
| 7週 |
・熱力学第一法則〔エンタルピー〕 |
エンタルピーの理解
|
| 8週 |
(前期中間試験) |
|
| 2ndQ |
| 9週 |
・前期中間試験の答案返却と解答解説，完全ガス〔完全ガスの状態式〕
|
完全ガスの状態式の理解
|
| 10週 |
・完全ガス〔内部エネルギーと比熱〕 |
内部エネルギーと比熱の理解
|
| 11週 |
・完全ガス〔混合ガス，分子運動論〕 |
混合ガス，分子運動論の理解
|
| 12週 |
・完全ガス状態変化〔等温変化，等容変化，等圧変化〕 |
等温変化，等容変化，等圧変化の理解
|
| 13週 |
・完全ガス状態変化〔等温変化，等容変化，等圧変化〕 |
等温変化，等容変化，等圧変化の理解
|
| 14週 |
・完全ガス状態変化〔断熱変化，ポリトロープ変化〕 |
等温変化，等容変化，等圧変化の理解
|
| 15週 |
(前期末試験) |
|
| 16週 |
・前期末試験の答案返却と解答解説 |
熱力学第二法則概要の理解
|
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
・熱力学第二法則〔第二法則の概要〕 |
第二法則の概要の理解
|
| 2週 |
・熱力学第二法則〔可逆変化と不可逆変化，カルノーサイクル〕 |
可逆変化と不可逆変化，カルノーサイクルの理解
|
| 3週 |
・熱力学第二法則〔可逆変化と不可逆変化，カルノーサイクル〕 |
可逆変化と不可逆変化，カルノーサイクルの理解
|
| 4週 |
・熱力学第二法則〔エントロピー〕 |
エントロピーの理解
|
| 5週 |
・熱力学第二法則〔P-V線図とT-S線図，エクセルギーとアネルギー〕 |
P-V線図とT-S線図，エクセルギーとアネルギーの理解
|
| 6週 |
・熱力学第二法則〔P-V線図とT-S線図，エクセルギーとアネルギー〕 |
P-V線図とT-S線図，エクセルギーとアネルギーの理解
|
| 7週 |
・ガスサイクルと熱効率〔オットー，ディーゼル，サバティサイクル〕 |
オットー，ディーゼル，サバティサイクルの理解
|
| 8週 |
(後期中間試験) |
|
| 4thQ |
| 9週 |
・後期中間試験の答案返却と解答解説，ガスサイクル〔サイクルと熱効率〕 |
サイクルと熱効率の理解
|
| 10週 |
・ガスサイクルと熱効率〔オットー，ディーゼル，サバティサイクル〕 |
オットー，ディーゼル，サバティサイクルの理解
|
| 11週 |
・ガスサイクルと熱効率〔実際の内燃機関サイクル〕 |
実際の内燃機関サイクルの理解
|
| 12週 |
・蒸気〔蒸気の性質〕 |
蒸気の性質の理解
|
| 13週 |
・蒸気〔蒸気の性質と蒸気サイクル〕 |
蒸気の性質の理解
|
| 14週 |
・蒸気〔蒸気サイクル〕 |
蒸気サイクルの理解
|
| 15週 |
(学年末試験) |
|
| 16週 |
・答案返却と解答解説 |
|
| 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 | 絶対圧力およびゲージ圧力を説明できる。 | 3 | 前2 |
| パスカルの原理を説明できる。 | 3 | 前2 |
| 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2,後12,後13 |
| 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3 |
| 熱力学の第一法則を説明できる。 | 3 | 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。 | 3 | 前4 |
| 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4 |
| 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1,前5,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5,前6,前7,前11 |
| 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5,前6,前7 |
| 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12,前13,前14 |
| 熱力学の第二法則を説明できる。 | 3 | 前16,後1 |
| 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 | 後2,後3,後7,後9,後10,後11,後13,後14 |
| 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 | 後2,後3,後4,後14 |
| 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 | 後2,後3,後4,後5,後6,後7,後13 |
| サイクルをT-s線図で表現できる。 | 3 | 後4,後5,後6,後13,後14 |