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授業の目標
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熱力学は、熱と仕事(エネルギー)の変換、熱の移動と物質の状態変化を、温度・圧力・体積などの巨視的な性質(熱力学量)で記述する学問であり、自動車や航空機などの輸送機械、発電所などの動力プラントのエネルギー機器・システム、熱・流体機械の設計に不可欠である。熱力学Ⅰでは熱力学第0，第1，第2法則およびエネルギー有効利用とエクセルギーについて学習する。これらの基礎的概念を十分に理解して理論的な推論が出来る能力を身に付けると同時に、数学的手法を用いて基礎的な問題を解く能力を修得し、さらに熱力学の応用について理解する事を目標とする。
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到達目標
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(1) エネルギーの形態および温度と熱平衡(熱力学第0法則)について説明できる。
(2) 熱力学第1法則と関連する現象について、数式を用いて定量的に説明できる。
(3) 熱力学第2法則とエントロピーについて、数式を用いて定量的に説明できる。
(4) エクセルギーや自由エネルギーを定量的に評価することができる。
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身につく能力
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＜全学ディプロマ・ポリシー＞
○【知識・理解・技術】
１．各専門分野の知識・技術を習得し、活用する力を身につけている
【教養・基礎的能力】
２．幅広い教養と、外国語能力、情報活用能力、コミュニケーション能力などの基礎的能力を身につけている
【態度・志向性】
３．多様な価値観を有する人々と倫理観・責任感をもって協働することができる
【態度・志向性】
４．時代の変化に主体的に対応するため継続的に学び、自律的に行動することができる
【問題発見・解決能力】
５．専門の知識・技術及び基礎的能力を統合し活用して、問題を発見し解決する能力を身につけている
【ｸﾞﾛｰｶﾙ・創造的思考力】
６．地域的・国際的視点をあわせもち、また、新たな価値を想像する力を身につけている
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授業の概要
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本授業では、重要な法則や数式の成り立ちを中心に説明する。さらに理解を深めるため、演習問題を課す。また授業は予習を前提とする。
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授業の計画
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第１週 概論
第２週 基礎概念と熱力学第0法則(1)
系・物質・エネルギー、熱力学の微視的理解
第３週 基礎概念と熱力学第0法則(2)
温度と熱平衡(熱力学第0法則)、熱量と比熱、状態量
第４週 熱力学第1法則(1)
熱と仕事、閉じた系の熱力学第1法則、熱力学的平衡と準静的過程
第５週 熱力学第1法則(2)
準静的過程おける閉じた系の熱力学第1法則、開いた系の熱力学第1法則
第６週 熱力学第1法則(3)
理想気体における熱力学第1法則
第７週 熱力学第1法則(4)
熱力学第1法則に関する演習
第８週 熱力学第2法則(1)
熱を仕事に変換する効率、熱機関のモデル化
第９週 熱力学第2法則(2)
カルノーサイクルの性質、閉じた系の第2法則
第10週 熱力学第2法則(3)
エントロピー
第11週 熱力学第2法則(4)
エントロピーの利用
第12週 熱力学第2法則(5)
熱力学第2法則に関する演習
第13週 エネルギー有効利用とエクセルギー(1)
エクセルギー解析の必要性、仕事を発生する潜在能力：最大仕事の考え方
第14週 エネルギー有効利用とエクセルギー(2)
様々な系のエクセルギー
第15週 エネルギー有効利用とエクセルギー(3)
自由エネルギー、エクセルギー損失
第16週 定期試験
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授業時間外学修の指示
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・事前学修
毎回授業の最後に次回の授業で扱うテキストの頁を伝えるので、事前に熟読し、疑問点などを整理しておくこと。授業は予習前提で進める。
・事後学修
毎回受講後に授業のポイント･重要事項を自分の言葉でまとめるとともに、教科書の演習問題や出題された演習課題等に取り組むこと。
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成績評価の方法
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定期試験を60%、演習問題を40%として評価する。また出席率が2/3未満の者には、原則として再試験の受験を認めない。
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テキスト・参考書等
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テキスト：日本機械学会編 『JSMEテキストシリーズ 熱力学 第2版』 丸善出版 税抜2,500円 ISBN 978-4-88898-332-7
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履修上の留意点
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・物理学Ⅰ、解析学Ⅰ・Ⅱの内容を良く復習しておくこと。
・物理学Ⅱを受講していることが望ましい。
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資料
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備考
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