エネルギー材料工学

科目基礎情報

学校	新居浜工業高等専門学校	開講年度	令和05年度 (2023年度)
授業科目	エネルギー材料工学
科目番号	151520	科目区分	専門 / 必修
授業形態	講義	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	環境材料工学科	対象学年	5
開設期	後期	週時間数	2
教科書/教材	配布プリントを用いる
担当教員	坂本 全教

到達目標

1. ミクロな電子の挙動について，数式化し理解する。
2. 波数空間や状態密度の概念を習得する。
3. 振動の量子化されたもの＝フォノンについて，統計力学の基礎とともに理解する。
4. デバイモデルについて理解し，固体の比熱を導出できる。

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
評価項目1	ミクロな電子の挙動について理解し，発展的な演習問題が解ける。	ミクロな電子の挙動について理解し，標準的な演習問題が解ける。	ミクロな電子の挙動について理解できず，演習問題が解ける。
評価項目2	波数空間・状態密度について理解し，発展的な演習問題が解ける。	波数空間・状態密度について理解し，標準的な演習問題が解ける。	波数空間・状態密度について理解できず，演習問題が解ける。
評価項目3	フォノンについて理解し，発展的な演習問題が解ける。	フォノンについて理解し，標準的な演習問題が解ける。	フォノンについて理解できず，標準的な演習問題が解けない。
評価項目4	デバイモデルについて理解し，発展的な演習問題が解ける。	デバイモデルについて理解し，標準的な演習問題が解ける。	デバイモデルについて理解できず，標準的な演習問題が解けない。

学科の到達目標項目との関係

専門知識 (B) （環境との調和を考慮した材料に関する専門知識と技術を身につけ，工学的課題の解析に活用できる．）

教育方法等

概要:

我々の取り扱う材料は主に「固体」である。この固体について理解し，省エネルギーな低環境負荷材料を設計することは人類全体の課題である。また，エネルギーと熱の関係は，その設計思想の土台となる重要なものである。低学年の熱力学では主に気体を対象にその基礎概念を習得した。本講義ではその対象を「固体」ならびに固体中の「電子」にうつし，固体物理学の観点から，熱エネルギーと固体の関係について学ぶことを目標とする。

授業の進め方・方法:

板書による講義形式で行う。この科目は学修単位科目であるので、（４５時間－講義時間）以上の自学自習を必要とする。したがって、科目担当教員が課した課題の内、{（４５時間－講義時間） ×3 /4}時間以上に相当する課題提出がないと単位を認めない。（各課題ごとの時間は担当教員が設定する。）成績は、定期試験80%、課題・小テスト等20%として評価する。

注意点:

これまでに学習した関連周辺分野（とくに物理化学，材料科学）の復習が必須である。これらの内容を統合して講義を行う。

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
後期
	3rdQ
		1週	ガイダンス　必要な熱力学の復習	1
		2週	電子移動度μの導入	12
		3週	k空間と状態密度の導入	12
		4週	フェルミエネルギーの導出	12
		5週	電子比熱の導出	12
		6週	ゾンマーフェルト展開	12
		7週	自由電子の熱伝導率	12
		8週	中間試験	12
	4thQ
		9週	固体の原子モデル1 　振動の数式化	34
		10週	固体の原子モデル2 　ブリルアンゾーンの導出	34
		11週	固体の原子モデル3　固体の比熱と格子振動	34
		12週	デバイモデル1	34
		13週	デバイモデル2	34
		14週	これまでの演習1	1234
		15週	これまでの演習2	1234
		16週	期末試験	1234

評価割合

	試験	レポート	合計
総合評価割合	80	20	100
基礎的能力	30	10	40
専門的能力	30	10	40
分野横断的能力	20	0	20