国立大学法人 東京工業大学

講義の概要とねらい

　本講義では，移動速度論の中で，特に材料工学と密接な関係にある，固体内拡散及び運動量と熱の流れについて解説する。固体内拡散については，物質内での荷電粒子の流れを扱い，その記述方法，応用例を学ぶ。一方，運動量と熱の流れについては，まず運動量流束とエネルギー流束（熱伝導・対流・輻射）を物質流束と対比させながら概説する。運動量の流れについては，ニュートンの粘性の式、ナビエ・ストークスの式を解説し，層流・定常状態における流束分布や壁に作用するせん断応力の計算手法の基礎を提供する。また，レイノルズ数等無次元数について，及び粘度と物質の構造との関係について解説する。伝導伝熱について，フーリエの熱伝導の式，伝熱係数、熱伝導度と物質の構造との関係について解説する。輻射伝熱では，固体表面からの熱放射，黒体，放射率等について説明し，空間を隔てた2つの固体表面間の熱移動についての計算手法の基礎を提供する。
　高温材料やプロセスの研究・開発を進める上で平衡論と速度論はその基礎となる重要な学問である。本講義では速度論に焦点をあて，単純な濃度拡散より複雑な，荷電粒子やエネルギーの流れを理解することをねらいとしている。

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）物質、運動量、エネルギー流束の類似性が理解できる。
２）イオン性結晶における点欠陥を表記できる。
３）点欠陥の活量依存を計算できる。
４）高温電気化学デバイスの原理を理解できる。
５）層流における流束分布が計算できる。
６）伝導伝熱による固体内の温度分布が計算できる。
７）輻射熱流束が計算できる。

キーワード

イオン輸送，物質流束，運動量流束，エネルギー流束，定常，非定常，粘度，熱伝導度，伝熱係数，放射率

学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)

授業の進め方

毎回の講義の前半で，復習を兼ねて前回の演習問題の解答を解説します。講義の後半で，その日の教授内容に関する演習問題に取り組んでもらいます。各回の学習目標をよく読み，課題を予習・復習で行って下さい。

授業計画・課題

教科書

講義資料を配布する

参考書、講義資料等

R. Byron Bird, Warren E. Stewart and Edwin N. Lightfoot, 『Transport Phenomena』 John Wiley&Sons, Inc.,　ISBN: 0-471-41077-2
R. A. Swalin, 『Thermodynamics of Solids』, John Wiley & Sons, Inc., New York
水田進，脇原將孝(編)，『固体電気化学[実験法入門]』，講談社，(2001)

成績評価の基準及び方法

物質内での荷電粒子の流れの扱い方，動量流束・エネルギー流束の考え方。計算法及びそれらの応用について，その理解度を評価。
配点は，中間試験・期末試験（70％），演習（30％）

関連する科目

• MAT.M302 ： 金属物理化学
• MAT.M203 ： 化学反応動力学(M)
• MAT.A204 ： 材料熱力学
• MAT.M207 ： 金属の状態図と相安定
• MAT.M304 ： 結晶成長と組織形成

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

化学反応動力学（MAT.M203），金属物理化学（MAT.M302）を履修していること，または同等の知識があること。