| 科目名 |
熱力学 |
| 担当教員 |
両角 仁夫 |
| 対象学年 |
2年 |
クラス |
学部：専門001 |
| 講義室 |
Ａ１１３ |
開講学期 |
１学期 |
| 曜日・時限 |
月２,木２ |
単位区分 |
選択 |
| 授業形態 |
一般講義 |
単位数 |
2 |
| 準備事項 |
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| 備考 |
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| 授業の詳細1 |
【授業の目的】
熱力学は、発電プラントや輸送機械などで用いられている熱機関において熱エネルギーを仕事に変換する際に必要となる知識であり、熱機関の設計に不可欠な学問である。さらに、冷媒ガスを圧縮、膨張させることにより低温を得る冷凍機を設計する際にも必要となる学問である。この授業の目的は、熱力学の基礎概念を学ぶとともに、熱機関や冷凍機などの仕組み・原理を理解することである。
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| 授業の詳細2 |
【授業の進め方】
○まず、熱力学の基礎概念として熱平衡と状態量を学び、基本法則である熱力学第1法則および第2法則を学習する。また、理想気体や蒸気などの状態変化や有効エネルギーの概念も学ぶ。
○次に、ガスサイクル、蒸気サイクル、冷凍機などの熱機関の原理を学び、熱効率や出力動力などの計算方法を習得する。
○この授業は、14回の講義と1回の期末試験からなる。毎回の講義の最後には小テストを実施し、その日の学習内容を復習する。小テストの結果は成績評価に用いる。
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| 授業の詳細3 |
【達成目標】
本授業の達成目標は以下の6項目である。
1.熱量と比熱、熱平衡および状態量などを説明することができる。
2.熱力学第1法則および第2法則の概要を説明できる。
3.理想気体の状態変化を定量的に表すことができる。
4.ガスサイクルの原理を説明することができ、計算問題を解くことができる。
5.蒸気サイクルの原理を説明することができ、計算問題を解くことができる。
6.冷凍サイクルの原理を説明することができ、計算問題を解くことができる。
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| 授業の詳細4 |
【講義計画】
1. ガイダンス・概要
本講義の目的、内容および成績評価方法などについて説明する。授業の概要として、熱力学を学ぶことの意義とその概要について、熱力学の歴史的発展を交えて説明する。
2. 熱の基本概念
熱に関する現象を説明する上で必要となる基本概念として、熱量と比熱、熱平衡および状態量を説明する。
3. 熱力学第1法則
熱が本質的には仕事と同じエネルギーの一つの形であり、お互いに変換することが可能であることを理解した後、熱と仕事の関係を表す熱力学第1法則を学ぶ。
4 ? 5. 理想気体
理想気体の状態方程式を学び、理想気体の比熱、内部エネルギーおよびエンタルピーについて学ぶ。さらに、理想気体が可逆的に変化する場合に成り立つ状態量の関係式、変化の過程において出入りする仕事および熱量の求め方を学ぶ。
6 ? 7. 熱力学第2法則
熱を仕事に変換する理想サイクルであるカルノーサイクルを学び、熱を仕事に変換する際に一定の制約を受けて完全には変換できないことを理解する。さらに、不可逆変化を表す状態量であるエントロピーについて学ぶ。
8. 有効エネルギー
熱エネルギーを仕事に変換する際に、有効に利用できるエネルギーと利用できないエネルギーについてエクセルギーの概念を用いて理解し、熱エネルギーに質的な違いがあることを学ぶ。
9 ? 10. ガスサイクル
一般に利用されている熱機関の理論サイクルであるオットーサイクル、ディーゼルサイクルおよびスターリングサイクルについて、その原理および理論熱効率について学ぶ。
11 ? 12. 蒸気サイクル
蒸気を熱機関の作動流体として用いるときに見られる水から蒸気または蒸気から水への相変化および相平衡について学ぶ。さらに、火力発電や原子力発電の基本サイクルであるランキンサイクルの原理と理論熱効率について学ぶ。
13 ? 14. 冷凍サイクル
仕事を与えることにより低温熱源から高温熱源へと熱を移動させる冷凍サイクルの基本概念を理解し、性能評価に用いられる成績係数の求め方を学ぶ。さらに、一般に用いられている蒸気圧縮式冷凍サイクルの原理を理解する。
15. 期末試験
本講義の達成目標に到達しているかどうか、試験によって確認する。
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| 授業の詳細5 |
【成績評価】
14回の講義のうち9回以上出席し、さらに期末試験を受けた者に対して小テストと期末試験の結果に基づき、以下の基準で評価する。成績評価における小テストと期末試験の比重は3：7とする。
AA すべての達成目標に到達し、応用問題を解くことができる。
A 達成目標に十分に満たしている。
B 達成目標に概ね到達している。
C 達成目標に到達できるだけの知識を習得している。
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| 授業の詳細6 |
【テキスト】
『JSMEテキストシリーズ 熱力学』日本機械学会編、丸善
【参考書】
『例題でわかる工業熱力学』平田哲夫、田中誠、熊野寛之共著、森北出版社
『図説 基礎熱力学』Yunus A Cengel、Michael A. Boles共著、オーム社
『図説 応用熱力学』Yunus A Cengel、Michael A. Boles共著、オーム社
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| 授業の詳細7 |
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| 授業の詳細8 |
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| 授業の詳細9 |
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| 授業の詳細10 |
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