到達目標
前期
１．SI単位系に関する換算ができ、関連する問題が解けること．
２．熱力学第一法則とカルノーサイクルについて説明でき，関連する問題が解けること．
３．理想気体の状態変化について説明でき、関連する問題が解けること．
４．熱力学第二法則とエントロピーについて説明でき，関連する問題が解けること．
５．有効エネルギーについて説明でき、関連する問題が解けること．
後期
１．種々のガスサイクルについて説明でき、関連する問題が解けること．
２．実在気体（蒸気）について説明でき，関連する問題が解けること．
３．蒸気サイクルについて説明でき、関連する問題が解けること．
４．熱力学の一般関係式について説明でき、関連する問題が解けること．
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 |
| 評価項目1 | 熱力学の基本法則を十分に理解し、関連付けて説明できる． | 熱力学の基本法則を説明できる． | 熱力学の基本法則の一部を説明できる． |
| 評価項目2 | 熱力学の基本法則に関する応用問題を解くことができる． | 熱力学の基本法則に関する基礎的な問題を解くことができる． | 熱力学の基本法則に関する平易かつ基礎的な問題を解くことができる． |
| 評価項目3 | 熱力学の基本法則を応用した機器に関する問題を解くことができる． | 熱力学の基本法則を応用した機器に関する平易な問題を解くことができる． | 熱力学の基本法則を応用した機器に関する平易な問題の一部を解くことができる． |
学科の到達目標項目との関係
学習・教育到達度目標 本科の学習・教育目標 (HC)
説明
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教育方法等
概要:
機械４力学のひとつである熱力学に関する基礎的知識について理解し，より高度な技術の開発や新しい技術に対応できる能力を養成する．熱は，エネルギーの一種であり，火力発電所，各種のエンジン，冷凍機等，その関連する分野はきわめて広い．第４学年では，熱工学のなかでも熱力学に関する基本的事項について学習する．
この科目は企業で熱流体機器の設計を担当していた教員がその経験を活かし，授業を行うものである．
授業の進め方・方法:
授業では教科書に沿って基礎的事項の解説をおこない、実際にどのような場面で熱力学の知識が役に立つかを解説することに力点を置き、具体的な演習により理解を深める．学生にも演習課題を課し、基礎的事項は無論のこと、実務で必要となる知識とスキルを修練する．
この科目は上記内容について，講義形式で授業を行うものである．
注意点:
専門科目は復習が極めて重要である．授業の後は必ず自学自習をおこなうこと．熱力学は進学においても試験課題になっているので、しっかり取り組んでもらいたい．
また、新型コロナウイルスの影響により、シラバスの内容を一部変更する可能性がある．
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 |
熱力学の概要
SI単位系の基礎 |
単位換算
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| 2週 |
SI単位系の基礎
閉じた系、開いた系、仕事
演習課題 |
内部エネルギー、内部仕事、外部仕事の理解
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| 3週 |
熱力学第１法則
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エンタルピー、比熱、工業仕事の理解
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| 4週 |
熱力学第１法則
演習課題 |
内部エネルギー、エンタルピー、絶対仕事、工業仕事の計算方法の習得
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| 5週 |
理想気体の状態変化 |
等温、等容、等圧変化の理解
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| 6週 |
理想気体の状態変化
演習課題 |
断熱、ポリトロープ過程の理解
状態量、仕事量の具体的計算方法の習得
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| 7週 |
湿り空気の性質 |
空気の性質、空気調和の基礎の修得
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| 8週 |
カルノーサイクル
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サイクルと熱効率の理解と計算方法の習得
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| 2ndQ |
| 9週 |
カルノー逆サイクル
冷凍サイクル
演習課題 |
COPの理解と計算方法の習得
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| 10週 |
熱力学第２法則 |
可逆、非可逆機関の理解
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| 11週 |
熱力学第２法則 |
エントロピーの概念の理解
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| 12週 |
熱力学第２法則
演習課題 |
エントロピーの具体的計算方法の習得
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| 13週 |
有効エネルギー |
エクセルギー、アネルギーの理解と計算方法の習得
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| 14週 |
演習 |
熱力学第１法則、第２法則の複合課題
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| 15週 |
期末試験 |
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| 16週 |
答案返却、解説 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
ガスサイクル
ガス圧縮機
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ガス圧縮機のP-V線図と仕事等の具体的計算方法の習得
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| 2週 |
ガスサイクル
オットー機関
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P-V線図とT-S線図上におけるサイクルの理解と効率計算、出力計算
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| 3週 |
ガスサイクル
ディーゼル機関
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同上
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| 4週 |
ガスサイクル
ブレイトンサイクル
演習
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ガスタービンの効率計算、断熱効率の理解
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| 5週 |
その他のガスサイクル解説 |
スターリングサイクル、サバテサイクルの理解
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| 6週 |
ガスサイクル
演習
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ガスサイクルの熱効率、排気量、出力の具体的計算方法の習得
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| 7週 |
実在気体（蒸気）の性質 |
蒸気の一般的性質の理解
蒸気線図、蒸気表の理解と乾き度の計算方法の習得
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| 8週 |
実在気体（蒸気）の性質
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同上
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| 4thQ |
| 9週 |
実在気体の性質
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Van der Waals式、ビリアル状態式等の理解
湿り空気の一般的性質の理解
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| 10週 |
実在気体（蒸気）
蒸気サイクル |
蒸気表を用いた具体的な工業計算方法の習得
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| 11週 |
蒸気サイクル |
P-V線図とT-S線図上におけるランキンサイクルの理解
ランキンサイクル（再熱・再生サイクルを含む）の効率計算方法の習得
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| 12週 |
蒸気サイクル |
同上
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| 13週 |
冷凍サイクル |
冷凍発生の原理の理解
蒸気圧縮式冷凍サイクルの成績係数計算方法の習得とモリエ線図の理解
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| 14週 |
熱力学の諸関係式 |
マックスウエルの関係式、ジュール・トムソン効果の数学的理解
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| 15週 |
試験 |
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| 16週 |
答案返却
解説 |
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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 |
| 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 | |
| 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 | |
| 熱力学の第一法則を説明できる。 | 4 | |
| 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 | |
| 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 | 後3,後10 |
| 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 | 後3,後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。 | 4 | |
| 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 | 後3 |
| 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 | 後10 |
| 熱力学の第二法則を説明できる。 | 4 | |
| サイクルの意味を理解し、熱機関の熱効率を計算できる。 | 4 | 後3 |
| 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。 | 4 | 後3 |
| 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。 | 4 | 後3,後14 |
| サイクルをT-s線図で表現できる。 | 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 | 80 | 20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 35 | 10 | ０ | 0 | 0 | 0 | 45 |
| 専門的能力 | 35 | 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 45 |
| 分野横断的能力 | 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 |