2017年度 エネルギー基礎学理第二 すずかけ   Interdisciplinary scientific principles of energy 2 すずかけ

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開講元
エネルギーコース
担当教員名
山田 明  荒井 創  北村 房男  平山 雅章  稲木 信介  腰原 伸也  和田 裕之 
授業形態
講義
曜日・時限(講義室)
火1-2(W241,G115)  
クラス
すずかけ
科目コード
ENR.A402
単位数
1
開講年度
2017年度
開講クォーター
2Q
シラバス更新日
2017年4月13日
講義資料更新日
-
使用言語
英語
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講義の概要とねらい

本講義では,エネルギーの変換を理解、制御するうえで重要な概念である物質移動をともなった電気化学反応、エネルギー変換材料における熱伝導/電気伝導、光吸収/光放射に影響を与える格子振動(フォノン)、そして電子の固体中での集団運動について、それぞれを移動速度論、電気化学、固体物理学、電磁気学をベースとして基礎的なところから解説する。
 本講義は、基礎学理1と並んでエネルギーコース学生が身に着けるべき基礎科目であると同時に、エネルギーデバイス論1,2、エネルギーマテリアル論1,2を理解するうえでの基礎となる位置を占める。この講義により、「エネルギー」を有効に利用するとはどういうことか、そのためのデバイス開発にはどういう開発指針があるのか、という問に対して基礎的知見を与えることを狙いとする。

到達目標

 本講義を履修することによって次の能力を修得する.
1) 熱力学と速度論の知識を基に、様々なエネルギーデバイス中における電子、イオンの移動、電気化学反応に関する基礎を理解する。
2)エネルギーデバイスの特性を調べる上での基礎となる電気化学測定法の概要について理解する。
3) 固体の格子振動の考え方に基づいて結晶の熱的・電気的性質を学び、固体中のエネルギーのミクロな流動機構を理解する。
4) マクスウェルの方程式を基に光の性質を学び、屈折率(誘電率)の見地から光と固体の相互作用のミクロな機構を理解する。

キーワード

電気化学、物質移動、格子振動、フォノン、光と屈折率、エネルギー変換

学生が身につける力

国際的教養力 コミュニケーション力 専門力 課題設定力 実践力または解決力
- -

授業の進め方

初回に講義の全体像を説明する。毎回の講義の前半で,前回の授業を概説しつつ講述する。毎回、出席をとる。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 エネルギー基礎学理1の概要と基礎学理2の全体像(伊原学教授、山田明教授):エネルギー基礎学理1で取り扱った内容の概要および、今後の講義内容を概説し、各々の講義項目の相互の関連性について説明する。 エネルギー基礎学理1の内容の復習と、今後の学習の流れを掴む.
第2回 エネルギー変換における電気化学反応の基礎(伊原学教授、平山雅章准教授): 電気化学の基礎、ネルンストの式、電流密度と電極電位の関係  (バトラー-フォルマー式、ターフェル式)1 電気化学反応における電荷移動過程と物質移動過程を速度論の見地から理解する.
第3回 エネルギー変換に必要な物質移動をともなった電気化学反応1(伊原学教授、平山雅章准教授):電流密度と電極電位の関係 (バトラー-フォルマー式、ターフェル式)2、電流密度と電極電位の関係(固体酸化物中の酸素活量によるモデル)、物質移動のドライビングフォース電気化学ポテンシャル ネルンストの式に基づく電池の起電力と電極電位の理解 速度論に基づく電流密度と電極電位の関係の理解する.
第4回 エネルギー変換に必要な物質移動をともなった電気化学反応2とエネルギー変換デバイスを評価する電気化学測定法の原理と概要(伊原学教授、平山雅章准教授) :物質移動を考慮した電流密度と電極電位の関係、電気化学測定法 エネルギー変換デバイスを評価する電気化学測定法の概要を理解する
第5回 エネルギー変換材料の電気的、熱的物性に影響を与える固体の格子振動1(沖本洋一准教授、腰原伸也教授):フォノンとは何か?その性質は? 固体結晶中の原子の力学に基づいてフォノンの概念を学び、その基礎的な性質(音響分枝、分散関係、ブリルアン域など)を理解する。
第6回 エネルギー変換材料の電気的、熱的物性に影響を与える固体の格子振動2(沖本洋一准教授、腰原伸也教授):固体の熱的、電気的性質とフォノンとの関係 固体結晶中の比熱や熱伝導度におけるフォノンの役割を理解する。
第7回 エネルギー変換材料の光物性に影響を与える固体中の電子、双極子の運動(沖本准教授、和田裕之准教授):光、電磁波とは何か?固体の屈折率と誘電率、金属中の電子の運動、絶縁体における双極子の運動、金属と絶縁体の光応答の違い マクスウェルの方程式に基づいて電磁波とは何か、および光と固体の相互作用を記述する屈折率や誘電率とは何かを理解する。さらに、金属や絶縁体結晶の誘電率を記述するミクロなモデル(ドルーデモデル、ローレンツモデル)について学び、それらが光に対しどのような応答をするかを理解する。
第8回 全体の総括 各々のテーマについて重要なポイントを説明できる。

教科書

特になし.

参考書、講義資料等

必要に応じて講義資料は講義中に配布する。OCW-iで資料が提供される場合がある.

成績評価の基準及び方法

期末試験および講義中の簡単なクイズにて評価する。

関連する科目

  • ENR.A401 : エネルギー基礎学理第一
  • ENR.A403 : エネルギーデバイス論第一
  • ENR.A404 : エネルギーデバイス論第二
  • ENR.A405 : エネルギーマテリアル論第一
  • ENR.A406 : エネルギーマテリアル論第二
  • ENR.A407 : エネルギーシステム論
  • ENR.B431 : 燃料電池・太陽電池・蓄電電池・エネルギーシステムの最新技術

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

特になし.

連絡先(メール、電話番号)    ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。

伊原学 mihara[at]chemeng.titech.ac.jp
沖本洋一 okimoto.y.aa[at]m.titech.ac.jp

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