概要:
「熱力学」は、機械工学系の学生にとっては必須で、重要な基礎科目の一つである。巨視的な立場に立って、物質の持つ熱エネルギーに関する理論を展開し、「いかにして有効に仕事に変換するか」、「仕事をいかにむだなく、熱の移動に利用するか」について深く追求している。授業では、基本的な事柄を理解した上で、熱機関における動力の発生など、機械工学上で重要な分野への応用を学ぶ。
授業の進め方・方法:
基本的には教科書に基づき、熱力学の基本が十分に理解できるように，スライドを利用して講義を進める。
注意点:
抽象的な事象が多く理解しにくいこともあるので、できるだけ身近な事象に当てはめながら説明を行い、理解を深めるようにする。説明をよく聞いて、現象の理解に務めること。また、受身の受講では理解が深まらないことを自覚すること。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
ガイダンス |
学習の目的が理解できる。
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| 2週 |
熱力学に関する物理量1 |
温度の意味、温度計の原理を説明できる。
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| 3週 |
熱力学に関する物理量2 |
比熱の意味を理解し、比熱を使用して熱量を計算できる。
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| 4週 |
熱力学に関する物理量3 |
圧力の意味を理解し、ゲージ圧力および絶対圧力を説明できる。
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| 5週 |
熱力学の第一法則1 |
熱の仕事当量、熱力学の第一法則を説明できる。
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| 6週 |
熱力学の第一法則2 |
内部エネルギー、エンタルピーの意味を理解し、それらの変化量を計算できる。
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| 7週 |
熱力学の第一法則3 |
可逆変化、不可逆変化の意味を理解し、可逆変化の場合の仕事量を計算できる。
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| 8週 |
中間試験 |
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| 2ndQ |
| 9週 |
答案返却、理想気体1 |
理想気体の状態方程式を理解し、状態量を計算できる。
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| 10週 |
理想気体2 |
内部エネルギー、エンタルピーの変化量と温度の関係を説明できる。
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| 11週 |
理想気体3 |
定圧比熱、定容比熱、ガス定数、比熱比の関係を説明できる。
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| 12週 |
理想気体4 |
混合気体の性質を理解し、状態量を計算できる。
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| 13週 |
理想気体5 |
実在気体と半理想気体の特性を理解し、半理想気体の場合の熱量を計算できる。
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| 14週 |
演習問題 |
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| 15週 |
期末試験 |
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| 16週 |
答案返却，前期分の復習 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
理想気体の状態変化1 |
等圧変化、等積変化における状態量、熱量、仕事量を計算できる。
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| 2週 |
理想気体の状態変化2 |
等温変化における状態量、熱量、仕事量を計算できる。
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| 3週 |
理想気体の状態変化3 |
断熱変化、ポリトロープ変化における状態量、熱量、仕事量を計算できる。
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| 4週 |
演習問題 |
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| 5週 |
蒸気1 |
ガスと蒸気の違いを理解し、液体と蒸気の状態変化の過程を説明できる。
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| 6週 |
蒸気2 |
蒸気の状態量を蒸気表から読み取り、計算できる。
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| 7週 |
蒸気3 |
蒸気線図の意味を理解し、作動流体の状態変化を説明できる。
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| 8週 |
中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
答案返却、熱力学の第二法則1 |
熱の仕事当量、熱力学の第二法則を説明できる。
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| 10週 |
熱力学の第二法則2 |
サイクルの意味を理解し、熱機関の熱効率および作業機関の成績係数を計算できる。カルノーサイクルの状態変化を理解し、状態量および熱効率を計算できる。
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| 11週 |
熱力学の第二法則3 |
エントロピーの意味を理解し、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。
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| 12週 |
ガスサイクル1 |
オットーサイクル、ディーゼルサイクルの状態変化を理解し、状態量および熱効率を計算できる。
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| 13週 |
ガスサイクル2 |
サバテサイクル、ブレイトンサイクルの状態変化を理解し、状態量および熱効率を計算できる。
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| 14週 |
ガスサイクル3 |
エリクソンサイクル、スターリングサイクルの状態変化を理解し、状態量および熱効率を計算できる。
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| 15週 |
定期試験 |
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| 16週 |
答案返却 |
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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 |
| 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2,前3,前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 | 前6 |
| 熱力学の第一法則を説明できる。 | 4 | 前5 |
| 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6,前7 |
| 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7 |
| 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9 |
| 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。 | 4 | 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 | 後1,後2,後3 |
| 熱力学の第二法則を説明できる。 | 4 | 後9 |
| 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10 |
| 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10 |
| 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11 |
| サイクルをT-s線図で表現できる。 | 4 | 後10 |