2018年度 エネルギー基礎学理第一 すずかけ   Interdisciplinary scientific principles of energy 1 すずかけ

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開講元
エネルギーコース
担当教員名
山口 猛央  宍戸 厚  和田 裕之  志村 祐康 
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.A401
単位数
1
開講年度
2018年度
開講クォーター
1Q
シラバス更新日
2018年3月20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

[講義の概要] 熱力学,速度論等を基礎とする「化学・熱エネルギー変換の基礎」と量子力学,バンド理論を基礎とする「光エネルギー変換の基礎」を説明する。
[講義のねらい] 本講義では,燃料電池,太陽電池,火力発電などの多様なエネルギー変換に共通する基礎学理を習得し、平衡論および速度論的な観点から、また量子力学、バンド理論の観点からエネルギー変換を考察する力を身につけることを目的とする。

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) エネルギー変換の基礎学理として熱力学を理解し、各エネルギー変換の理論的最大効率が説明できる。
2) エネルギー変換の基礎学理として物質移動現象を理解し、ギブズ自由エネルギーを使って拡散現象が説明できる。
3) エネルギー分野の基礎学理として量子力学の基礎を説明できる
4) エネルギー分野の基礎学理として固体のバンド理論の基礎を説明できる

キーワード

エネルギー変換,熱力学,燃焼,量子力学,光,バンド構造,燃料電池,太陽電池,火力発電

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 エネルギー変換における基礎学とは? 化学・熱エネルギー変換の基礎学1(伊原学教授、山口猛央教授):エネルギー変換効率の最大値を与えてくれる熱力学、分子運動論的にみた熱力学の全体像 エネルギー分野を俯瞰し,エネルギー変換における基礎学理の概要について説明できる
第2回 化学・熱エネルギー変換の基礎学2(伊原学教授、山口猛央教授):平衡状態と定常状態、熱力学第一法則と内部エネルギーの種類、エネルギー変換におけるエンタルピーの位置づけ エネルギー分野の基礎学理として、定常状態と平衡状態の違い、熱力学第一法則、内部エネルギー、エンタルピーが説明できる
第3回 化学・熱エネルギー変換の基礎学3(伊原学教授、山口猛央教授):エネルギー変換におけるギブズ自由エネルギーの位置づけ、可逆過程と最大変換効率、化学ポテンシャルと拡散 エネルギー分野の基礎学理として、エネルギー変換におけるギブズ自由エネルギーの位置づけ、可逆過程と最大変換効率、化学ポテンシャルと拡散が説明できる
第4回 化学・熱エネルギー変換の基礎学4(志村祐康准教授、宍戸厚教授):エネルギー変換で考慮すべき物質移動(拡散と流動)と化学反応、定常と非定常:例として燃焼などを考える エネルギー分野の基礎学理として、物質移動と化学反応、定常/非定常の複合プロセスとして燃焼を説明できる
第5回 光エネルギー変換の基礎学1(山田明教授、和田裕之准教授):固体中の電子の振る舞い1、量子力学の基礎(光の粒子性と波動性、演算子) エネルギー分野の基礎学理として、光の粒子性と波動性、演算子を説明できる
第6回 光エネルギー変換の基礎学2(山田明教授、和田裕之准教授):固体中の電子の振る舞い2、量子力学の基礎(シュレーディンガー方程式、井戸型ポテンシャルに閉じ込められた電子、エネルギーの離散性) エネルギー分野の基礎学理として、シュレーディンガー方程式、井戸型ポテンシャルに閉じ込められた電子、エネルギーの離散性を説明できる
第7回 光エネルギー変換の基礎学3(山田明教授、和田裕之准教授):固体中の電子の振る舞い3、電子から見た「原子・分子・固体」、固体のバンド構造とバンドモデル、ドーピング、再結合、電子・正孔の拡散とドリフト エネルギー分野の基礎学理として、バンド構造とバンドモデル、ドーピング、再結合、電子・正孔の拡散とドリフトを説明できる
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

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.A402 : エネルギー基礎学理第二
  • 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

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

特になし

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