準学士課程の教育目標 A① 数学・物理・化学などの自然科学、情報技術に関する基礎を理解できる。
準学士課程の教育目標 B① 専門分野における工学の基礎を理解できる。
専攻科課程教育目標、JABEE学習教育到達目標 SA① 数学・物理・化学などの自然科学、情報技術に関する共通基礎を理解できる。
専攻科課程教育目標、JABEE学習教育到達目標 SB① 共通基礎知識を用いて、専攻分野における設計・製作・評価・改良など生産に関わる専門工学の基礎を理解できる。
概要:
熱と機械的仕事のエネルギー変換について学び、これらの基礎的な学問がどのように生かされているかについて理解を深めることを目的とする。また、授業では、熱エネルギーの応用として内燃機関に焦点をあてる。
授業の進め方・方法:
主として前期に熱力学、後期にガスサイクルと熱機関の基礎的事項について学習する。簡単な演習問題を授業の最後に行うので、電卓を必要とする。対数計算や微分積分など、数学での既学習内容を理解していることが前提となる。
注意点:
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
気体の状態量 |
絶対温度および絶対圧力を理解できる。
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| 2週 |
気体の状態方程式 |
状態方程式を理解し、計算できる。
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| 3週 |
気体の状態変化（１） 等圧変化、等温変化、等容変化 |
等圧、等温、等容変化の概念を理解し、計算できる。
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| 4週 |
気体の状態変化（２） 断熱変化 |
断熱変化の概念を理解し、計算できる。
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| 5週 |
気体の状態変化（３） ポリトロープ変化 |
気体の状態変化をｐｖ線図上に作図でき、ポリトロープ変化の概念を理解できる。
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| 6週 |
熱量、内部エネルギー、絶対仕事 |
絶対仕事の概念および熱量、内部エネルギーとの関係を理解できる。
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| 7週 |
状態変化における仕事（１） 等圧変化、等容変化 |
等圧、等容変化における絶対仕事を計算できる。
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| 8週 |
前期中間試験 |
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| 2ndQ |
| 9週 |
答案返却および解説 状態変化における仕事（２） 等温変化、断熱変化 |
等温、断熱変化における絶対仕事を計算できる。
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| 10週 |
状態変化における仕事（３） ポリトロープ変化 |
ポリトロープ変化における絶対仕事を計算できる。
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| 11週 |
ポリトロープ指数の決定 |
ｐｖ線図上でポリトロープ曲線を作図できる。
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| 12週 |
エントロピー |
エントロピーの概念を理解できる
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| 13週 |
状態変化におけるエントロピーの変化 |
各種状態変化におけるエントロピーの変化を計算できる。
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| 14週 |
ガスサイクル（１） カルノーサイクル |
カルノーサイクルの概念を理解し、熱効率を計算できる。
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| 15週 |
前期定期試験 |
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| 16週 |
答案返却および解説 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
ガスサイクル（２） 逆カルノーサイクル |
逆カルノーサイクルの概念を理解し、成績係数を計算できる。
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| 2週 |
ガスサイクル（３） クラウジュースの積分 |
クラウジュースの積分の概念を理解できる。
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| 3週 |
ガスサイクル（４） オットーサイクル |
オットーサイクルの概念を理解し、熱効率を計算できる。
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| 4週 |
ガスサイクル（５） ディーゼルサイクル |
ディーゼルサイクルの概念を理解し、熱効率を計算できる。
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| 5週 |
ガスサイクル（６） サバテサイクル |
サバテサイクルの概念を理解し、熱効率を計算できる。
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| 6週 |
絶対仕事と工業仕事 |
絶対仕事、工業仕事の概念を理解し、ｐｖ線図上に区別して描ける。
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| 7週 |
ガスサイクル（７） ジュールブレイトンサイクル |
ジュールブレイトンサイクルの概念を理解し、ｐｖ線図上に描ける。
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| 8週 |
後期中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
答案返却および解説、内燃機関（１） ４サイクルガソリン機関の構造 |
４サイクルガソリン機関の構造を理解できる。
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| 10週 |
内燃機関（２） ４サイクルガソリン機関の動作原理 |
４サイクルガソリン機関の動作原理および弁開閉時期線図を理解できる。
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| 11週 |
内燃機関（３） ４サイクルガソリン機関の性能 |
４サイクルガソリン機関の図示出力、正味出力を計算できる。
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| 12週 |
内燃機関（４） ２サイクルガソリン機関 |
２サイクルガソリン機関の構造、動作原理、弁開閉時期線図を理解できる。
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| 13週 |
気体の流動（１） 摩擦なしの流れ |
断熱熱落差の概念を理解し、流速が計算できる。
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| 14週 |
気体の流動（２） 摩擦ありの流れ |
速度係数の概念を理解し、流速が計算できる。
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| 15週 |
後期定期試験 |
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| 16週 |
答案返却および解説 |
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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 | 流体の定義と力学的な取り扱い方を理解し、適用できる。 | 4 | |
| 流体の性質を表す各種物理量の定義と単位を理解し、適用できる。 | 4 | |
| ニュートンの粘性法則、ニュートン流体、非ニュートン流体を説明できる。 | 3 | |
| 絶対圧力およびゲージ圧力を説明できる。 | 4 | |
| パスカルの原理を説明できる。 | 4 | |
| 液柱計やマノメーターを用いた圧力計測について問題を解くことができる。 | 4 | |
| 平面や曲面に作用する全圧力および圧力中心を計算できる。 | 4 | |
| 物体に作用する浮力を計算できる。 | 4 | |
| 定常流と非定常流の違いを説明できる。 | 4 | |
| 流線と流管の定義を説明できる。 | 3 | |
| 連続の式を理解し、諸問題の流速と流量を計算できる。 | 4 | |
| オイラーの運動方程式を説明できる。 | 3 | |
| ベルヌーイの式を理解し、流体の諸問題に適用できる。 | 4 | |
| 運動量の法則を理解し、流体が物体に及ぼす力を計算できる。 | 4 | |
| 層流と乱流の違いを説明できる。 | 4 | |
| レイノルズ数と臨界レイノルズ数を理解し、流れの状態に適用できる。 | 4 | |
| ダルシー・ワイスバッハの式を用いて管摩擦損失を計算できる。 | 4 | |
| ムーディー線図を用いて管摩擦係数を求めることができる。 | 4 | |
| 境界層、はく離、後流など、流れの中に置かれた物体の周りで生じる現象を説明できる。 | 3 | |
| 抗力について理解し、抗力係数を用いて抗力を計算できる。 | 4 | |
| 揚力について理解し、揚力係数を用いて揚力を計算できる。 | 4 | |
| 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。 | 3 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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。 | 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| サイクルをT-s線図で表現できる。 | 3 | |