到達目標
1.熱力学第1法則、第2法則を十分理解し、エネルギーとしての熱と仕事の関連性について説明できる。
2.理想気体の性質、各種状態の圧力、温度、体積、熱量、仕事などを算出できる。
3.カルノーサイクル、ランキンサイクルの出力、効率等を算出できる。
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 | 熱力学第1法則、第2法則を十分理解し、エネルギーとしての熱と仕事の関連性について説明できる。 | 熱力学第1法則、第2法則を理解できる。 | 熱力学第1法則、第2法則を理解できない。 |
評価項目2 | 理想気体の性質、各種状態の圧力、温度、体積、熱量、仕事などを算出できる。 | 理想気体の性質、各種状態の圧力、温度、体積、熱量、仕事などを説明できる。 | 理想気体の性質、各種状態の圧力、温度、体積、熱量、仕事などを説明できない。 |
評価項目3 | カルノーサイクル、ランキンサイクルの出力、効率等を算出できる。 | カルノーサイクル、ランキンサイクルについて説明できる。 | カルノーサイクル、ランキンサイクルについて説明でない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
熱力学は材料力学、流体力学、機械力学とともに機械工学基礎4力学と呼ばれている重要科目である。なぜ燃焼の際に発生する熱は運動をひきおこすことができるのか。内燃機関、蒸気原動機、またはジェットやロケットなど、さまざまな熱機関を通して、熱エネルギーから力学エネルギーへの変換原理を学ぶ。この科目は学修単位科目のため、事前・事後学習として課題の提出を実施する。
授業の進め方・方法:
燃焼ガスと蒸気の状態変化により、熱エネルギーを力学エネルギーに変換するというエンジン作動の本来の意味を把握させることが授業目標である。そのために熱力学の二本柱である、熱力学の第一法則と第二法則を修得するための演習問題を配布する。
注意点:
教科書、電卓は必ず持参して下さい。
授業の属性・履修上の区分
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 |
熱力学第0法則、熱力学で取り扱う物理量 |
熱力学第0法則を理解し、各物理量の定義を説明できる。
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2週 |
状態量、単位系 |
示強性状態量と示量性状態量を説明できる。
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3週 |
動作物質ならびに系と周囲 |
物質、エネルギー、系の概念を説明できる。
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4週 |
エネルギー保存則、熱力学第1法則 |
エネルギーの総和は一定であること、熱エネルギーもエネルギーの一種であることを説明できる。
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5週 |
閉じた系に対する熱力学第1法則の適用 |
閉じた系における熱力学第1法則を利用し各種計算ができる。
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6週 |
開いた系に対する熱力学第1法則の適用 |
開いた系における熱力学第1法則を利用し各種計算ができる。
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7週 |
演習問題 |
教科書、ノート等を参照すれば自力で演習問題を解くことができる。
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8週 |
前期中間試験 |
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2ndQ |
9週 |
試験返却、解答 |
試験結果を検討し、理解不足の部分を解消する。
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10週 |
理想気体の状態式 |
理想気体の状態式を使って、温度、圧力、体積を計算できる。
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11週 |
理想気体の内部エネルギー、エンタルビ、比熱 |
内部エネルギー、エンタルビと比熱の関係が理解する。
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12週 |
理想気体の状態変化1 |
等温、等圧、等積変化での状態量の変化を計算できる。
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13週 |
理想気体の状態変化2 |
断熱、ポリトロープ変化での状態量の変化を計算できる。
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14週 |
演習問題 |
教科書、ノート等を参照すれば自力で演習問題を解くことができる。
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15週 |
前期期末試験 |
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16週 |
試験返却、解答 |
試験結果を検討し、理解不足の部分を解消する。
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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 | 前1 |
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2,前3 |
熱力学の第一法則を説明できる。 | 4 | 前4,前5,前6 |
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4,前5,前6 |
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4,前5,前6 |
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10,前11,前12,前13 |
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10,前11,前12,前13 |
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,前11,前12,前13 |
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 | 前10,前11,前12,前13 |
評価割合
| 試験 | その他 | 合計 |
総合評価割合 | 90 | 10 | 100 |
基礎的能力 | 40 | 0 | 40 |
専門的能力 | 50 | 10 | 60 |
分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 |