- 開講元
- 機械系
- 授業形態
- 講義 / 演習 (対面型)
- メディア利用科目
- 曜日・時限(講義室)
- 火5-8(M-B07(H101))
- クラス
- -
- 科目コード
- MEC.E201
- 単位数
- 2
- 開講年度
- 2024年度
- 開講クォーター
- 2Q
- シラバス更新日
- 2024年3月14日
- 講義資料更新日
- -
- 使用言語
- 日本語
- アクセスランキング
-
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講義の概要とねらい
熱力学はあらゆる物事の変化に関して指針と定式化を与える科学であり，分野によらず最も重要な基盤学問の一つです．工学においても，エネルギー変換，エネルギー・環境問題，資源問題，材料の変化や変質などを記述する際に根幹をなす学問であるため，本講義は機械工学において最初に学ぶべき必須科目として位置づけられます．講義では，熱・仕事・化学エネルギーなどが関与する諸現象，および，それらを支配する物理法則を学びます．
具体的には，次の点を中心に講義を行います．
1. 熱力学に関する基礎概念（系，エネルギー，温度，熱，仕事，状態量，過程，相変化，効率，エントロピー，エクセルギーなど）
2. 熱力学の諸法則（第一法則，第二法則など）
3. 化学反応に関する熱力学（反応熱，反応速度，生成エンタルピー，生成ギブスエネルギーなど）
4. 動力サイクル・冷凍サイクルに関する熱力学（エンジン，タービン，冷凍機，エアコンなど）
到達目標
本科目では，
（１）熱力学の概念と内容，特に
1. 熱力学に関する基礎概念．
2. 熱力学の諸法則
3. 化学反応に関する熱力学
4. 動力サイクル・冷凍サイクルに関する熱力学
を理解し，説明できるようになること
（２）それらを具体的な工学的問題に応用できるようになること
の二点を到達目標とします．
本科目は，学修目標の
1.【専門力】基盤的な専門力
の修得に対応します．
本科目は，以降の「伝熱学」や「エネルギー変換工学」などの科目の修得に役立ちます．
キーワード
熱，仕事，エネルギー，エクセルギー，熱機関，動力サイクル，冷凍サイクル
学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)
| ✔ 専門力 | 教養力 | コミュニケーション力 | 展開力(探究力又は設定力) | 展開力(実践力又は解決力) |
| ✔ 機械工学および科学全般の基礎である熱力学の専門力． | ||||
授業の進め方
本講義では，温度や状態量，熱力学の諸法則の説明からスタートし，熱サイクル，各種熱機関の特徴を理解した上で，熱エネルギーを活用するための基礎能力を身につけます．
授業内容をよく理解するために，毎回授業後に復習を行ってください．
授業計画・課題
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 第1回 | 全体のオリエンテーションののち， イントロダクション、概論、基本概念と熱力学第０法則 | 系、エネルギーの諸形態、熱平衡、熱力学第０法則、温度、熱量、比熱、状態量等の主要な用語・概念および単位系に関する理解 |
| 第2回 | 熱力学第１法則(1) | 熱力学第１法則の理解、特に熱と仕事、閉じた系での扱い、準静的過程における扱い、定積・定圧比熱、開いた系と特に定常流動系の理解 |
| 第3回 | 熱力学第１法則(2) | 熱力学第１法則の理解、特に理想気体とその準静的過程における扱い |
| 第4回 | 熱力学第２法則(1) | 熱力学第２法則の理解、特に熱機関とそのモデル化、カルノーサイクル、閉じた系における扱い、第２法則の表現の理解 |
| 第5回 | 熱力学第２法則(2) | 熱力学第２法則の理解、特にエントロピーの理解 |
| 第6回 | エネルギー有効利用とエクセルギー(1) | エネルギー有効利用とエクセルギー、特にエクセルギーの理解 |
| 第7回 | エネルギー有効利用とエクセルギー(2) | エネルギー有効利用とエクセルギー、特に自由エネルギー、平衡条件、エクセルギー損失の理解 |
| 第8回 | 化学反応(1) | 化学反応の理解、特に反応熱と自由エネルギーの理解 |
| 第9回 | 化学反応(2) | 化学反応の理解、特に反応速度と温度の理解 |
| 第10回 | ガスサイクル(1) | 代表的な内燃機関ガスサイクルの理解、特にオットーサイクル・ディーゼルサイクルの理解 |
| 第11回 | ガスサイクル(2) | ブレイトンサイクル・スターリングサイクルの動作原理その熱効率の理解 |
| 第12回 | 実在気体と蒸気 | 実在気体と蒸気の状態変化の理解 |
| 第13回 | 蒸気サイクル | 代表的な蒸気サイクルの理解、特にランキンサイクル・再熱サイクル・複合サイクルの理解 |
| 第14回 | 熱サイクル | 冷凍サイクルの理解、特に冷凍のメカニズム、動作計数、各種冷凍サイクル、空気調和の理解 |
授業時間外学修（予習・復習等）
学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する 予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。
教科書
JSMEテキストシリーズ「熱力学」日本機械学会
教科書は各自購入し，毎回の授業に持ってくること．
参考書、講義資料等
森康夫・一色尚次・河田治男，「改正版熱力学概論」養賢堂．
Y. A. Cengel, M. A. Boles, “Thermodynamics: An Engineering Approach”, McGraw-Hill.
その他，必要に応じて資料を配布します．
成績評価の基準及び方法
成績評価は，期末試験（60-70%），理解度確認のための講義内課題（30-40%）により行います．
期末試験は8月7日に講義室で対面で実施する予定です．期末試験は成績評価の大半を占めますので，必ず受験してください．
【期末試験の要領】
・試験中は学生証を机の上に見えるように置いてください．
・試験中に見てよいものは，A4の紙１枚のうら・おもてに，自分自身で筆記（ペン書き）によって作成した要約１枚に限ります．他人が作ったもの，縮小コピーしたもの，プリントアウトしたものは不可です．
詳細はメール等で別途アナウンスします．
関連する科目
- MEC.E311 ： 伝熱学
- MEC.E331 ： エネルギー変換工学
履修の条件(知識・技能・履修済科目等)
微積分学の基礎知識を有していることが望ましい。
連絡先（メール、電話番号） ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。
伏信一慶：fushinobu.k.aa[at]m.titech.ac.jp
笹部崇：sasabe.t.ab[at]m.titech.ac.jp
兒玉学：tanaka.m.ay[at]m.titech.ac.jp
オフィスアワー
授業内容でわからないことがあれば，随時担当教員にメールで質問してください．メールアドレスは上の欄にあります．
毎回授業後に復習をすることになっていますので，そのタイミングで聞いて頂くのがよいです．期末試験直前になっての質問（第13＆14回授業への質問除く）は履修者多数のため答えられないことがあります．
その他
上記の「授業計画」と「回」との対応は授業の進行により異なる場合があるが，内容は基本的にこの順番で進められる．
