熱力学及び演習（基礎熱力学及び演習）

Thermodynamics

994513V

45BATHE201

後藤田　浩、市川　賀康、元祐　昌廣

Masahiro Motosuke, Hiroshi Gotoda, Yoshiyasu Ichikawa

2024年度後期

2nd Semester, 2023

水曜2限、木曜3限

Wednesday 2nd Period, Thursday 3rd Period

工学部　機械工学科

Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering

2.0単位

講義/演習

Lecture/Seminar

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

熱力学は，主に熱エネルギーと機械エネルギーの変換を扱う学問で，自然現象の理解やエネルギー機器の設計など，機械工学の基礎を担う重要科目のひとつである．本授業では，高校物理の熱力学とは少し異なる工学としての熱力学の基本的概念から，基礎的なシステムの熱力学的な解析・考察について身につける．
This class covers the basic principles of thermodynamics, including thermodynamic properties, energy and mass conservation, entropy and the second law. Second-law analysis of thermodynamic systems, gas cycles, vapor cycles are also involved.

本講義を通じて，熱と仕事の等価性及びその利用について具体的なイメージを持てるようになることを目指す．また，演習を通じて講義で習得した基本的概念・法則を活用し，定量的な理解を深めることを目的とする．
Through this lecture, students will be able to visualize the equivalence of heat and work and their applications. Also, students will be able to obtain  deep understanding of basic concepts, laws and how to quantify thermodynamic parameters through exercises.

熱力学の理解に必要な各種物理量の概念と基礎を理解し，熱力学の基礎法則および状態式の概念を把握した上で，熱機関や各種熱力学的過程において諸量や効率を定量的に求めることができるようになる．
To understand the concepts and fundamentals of various thermodynamic parameters, and to be able to quantify the parameters and efficiencies in heat engines and various thermodynamic processes, based on an understanding of the basic laws of thermodynamics and the concept of the equation of state.

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

熱・エネルギー関連科目の基礎となる科目なので，講義と演習に毎回出席し，理解していくことが望ましい．
Attendance and understanding of all lectures and exercises is expected since this class is the foundation of thermal-related fields.

小テストの実施　Quiz type test／実習　Practical learning

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毎週，30分程度の予習・復習を行うことが望ましい．
It is recommended that students prepare and review for about 30 minutes each week.

到達度評価80%，演習点20%の比率で総合的に評価する．
Final Exam 80%, Homework or Short Exam 20%

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

Y

JSMEテキストシリーズ「熱力学」

教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

必要な資料はLETUS経由で配布します．
また，以下の書籍にも内容が簡潔にまとめられているので自習用に良いと思います．
理工系の基礎「機械工学」，丸善

【講義】
1. 熱とエネルギーの基礎概念
　熱力学を学ぶ意義について理解し，重要な諸量と単位について扱えるようになる．
2. 温度と熱平衡
　熱力学を学ぶ上で必須となる熱平衡の概念，並びに温度との関わりを理解する．
3. 熱力学の第1法則(閉じた系)
　熱と仕事の関係性を理解する上で重要な熱力学の第1法則を理解し，準静的過程の概念を学ぶ．
4. 熱力学の第1法則(開いた系)
　物質の流入出が行われる開いた系における熱力学の第1法則を学び，エンタルピーについて理解する．
5. 理想気体と状態式
　熱機関を理解する基礎となる理想気体とその状態式について理解する．
6. 理想気体の状態変化
　理想気体の各種状態変化における状態量の変化について理解を深め，熱機関での熱・仕事の授受を把握できるようになる．
7. 可逆過程と不可逆過程
　熱機関を取り扱う上で必要となる概念である可逆過程・不可逆過程について理解する．
8. 熱力学の第2法則
　熱と仕事の変換を定量的に把握するために熱力学の第2法則について理解し，理想的熱機関であるカルノーサイクルを学ぶ．
9. エントロピー，エクセルギーと自由エネルギー
　エネルギーの質を規定するエントロピーの概念とエネルギー問題を考える上で必要な概念であるエクセルギーや自由エネルギーについて理解する．
10. 実在気体の性質
　相変化を伴う物質の性質について理解し，蒸気表を使えるようになる．
11. 実在気体の状態変化
　蒸気の状態変化における諸量の変化について学ぶ．
12. 熱力学の一般関係式
　各種状態量の間に成立する一般関係式について学ぶことで，各種状態量の変換ができるようになる．
13. 各種基本サイクル
　自動車のエンジンやジェット，発電機など，産業で用いられる基本的なサイクルについて理解する．
14. 社会と熱力学
　我々が生活する社会での種々な問題について，熱力学的アプローチから考察する方法を理解する．
15. 総括
　これまで学んできた事項について復習し，熱と仕事の関係性についての総合的な理解を深める．

【演習】
以下に示すように，各講義の内容に関する演習を通じて，講義で習得した内容の理解を深め，定量的に学ぶ．
1. 講義 1-2
2. 講義 3(授業TAが担当)
3. 講義 4
4. 講義 5-6
5. 講義 7-9
6. 講義 10-11
7. 講義 12-14

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