物理化学特論Ⅰ (L44A)

日本大学理工学部

2022年大学院理工学研究科シラバス - 物質応用化学専攻

設置情報

科目名	物理化学特論Ⅰ
設置学科	物質応用化学専攻	学年	1年
担当者	西宮　伸幸	履修期	前期
単位	2	曜日時限	木曜4
校舎	駿河台	時間割CD	L44A
クラス

概要

学修到達目標	エネルギーの有効利用が時代の要請であり、持続可能社会の構築に必須であることを理解する。そのために、熱力学データベースに基づく化学プロセス解析をまず理解し、つぎに、熱力学第二法則に基づく概念であるエクセルギー　(最大有用仕事)　の基礎を理解する。さらに、エクセルギーの概念の活用によって省エネルギープロセスがどう設計・評価されるか、考察できるレベルをめざす。また、熱力学データベースのもとになる統計力学についても理解し、数値の再現ができるレベルをめざす。
授業形態及び授業方法	事前に配信した資料に基づいて板書による対面講義を行ういっぽう、講述内容をあらかじめ朱書した補助資料をあわせて配布するとともにネット上でも配信し、リモート学習も可能となるよう対応する。資料は、前半の8回ぶんのエクセルギーに関するものと、後半7回ぶんの統計力学に関するものの2部からなる。これらの資料は、前半の初回および後半の初回に、それぞれ配信・配布する。補助資料は、毎回の授業に合わせて配信・配布する。毎回の授業の最後に理解度確認課題を示し、メールによる回答を求める。
準備学習（予習・復習等）の内容・受講のための予備知識	配信資料の予定箇所にあらかじめ目を通し、化学を専攻する学生としての平均的基礎学力が身に付いていることを点検しつつ、不足があれば補っておく。

授業計画

第1回	エネルギーの基本法則と最大仕事【事前学習】シラバスの内容を確認し，術語の意味や用例を調べておくこと．【事後学習】授業で学んだ内容を振り返り，自分なりに深耕して，A4 1枚程度のレターにまとめておくこと．
第2回	最大有用仕事【事前学習】配布資料の当該箇所の内容を確認し，術語の意味を調べるとともに，数式に含まれる数学的操作を予備的にトレースしておくこと．【事後学習】授業で学んだ内容を振り返り，自分なりに深耕して，A4 1枚程度のレターにまとめておくこと．
第3回	エクセルギー【事前学習】配布資料の当該箇所の内容を確認し，術語の意味を調べるとともに，数式に含まれる数学的操作を予備的にトレースしておくこと．【事後学習】授業で学んだ内容を振り返り，自分なりに深耕して，A4 1枚程度のレターにまとめておくこと．
第4回	物質の出入りの無い閉じた系のエクセルギー収支【事前学習】配布資料の当該箇所の内容を確認し，術語の意味を調べるとともに，数式に含まれる数学的操作を予備的にトレースしておくこと．【事後学習】授業で学んだ内容を振り返り，自分なりに深耕して，A4 1枚程度のレターにまとめておくこと．
第5回	定常状態流れ系のエクセルギー収支【事前学習】配布資料の当該箇所の内容を確認し，術語の意味を調べるとともに，数式に含まれる数学的操作を予備的にトレースしておくこと．【事後学習】授業で学んだ内容を振り返り，自分なりに深耕して，A4 1枚程度のレターにまとめておくこと．
第6回	化学エクセルギーとエクセルギー率【事前学習】配布資料の当該箇所の内容を確認し，術語の意味を調べるとともに，数式に含まれる数学的操作を予備的にトレースしておくこと．【事後学習】授業で学んだ内容を振り返り，自分なりに深耕して，A4 1枚程度のレターにまとめておくこと．
第7回	エクセルギーを用いたプロセス解析【事前学習】配布資料の当該箇所の内容を確認し，術語の意味を調べるとともに，数式に含まれる数学的操作を予備的にトレースしておくこと．【事後学習】授業で学んだ内容を振り返り，自分なりに深耕して，A4 1枚程度のレターにまとめておくこと．
第8回	エクセルギーを用いたプロセスの最適化【事前学習】配布資料の当該箇所の内容を確認し，術語の意味を調べるとともに，数式に含まれる数学的操作を予備的にトレースしておくこと．【事後学習】授業で学んだ内容を振り返り，自分なりに深耕して，A4 1枚程度のレターにまとめておくこと．
第9回	JANAF熱力学表における化学平衡の取り扱いと第二法則処理および第三法則処理【事前学習】配布資料の当該箇所の内容を確認し，術語の意味を調べるとともに，数式に含まれる数学的操作を予備的にトレースしておくこと．【事後学習】授業で学んだ内容を振り返り，自分なりに深耕して，A4 1枚程度のレターにまとめておくこと．
第10回	分配関数と定圧熱容量【事前学習】配布資料の当該箇所の内容を確認し，術語の意味を調べるとともに，数式に含まれる数学的操作を予備的にトレースしておくこと．【事後学習】授業で学んだ内容を振り返り，自分なりに深耕して，A4 1枚程度のレターにまとめておくこと．
第11回	並進のシュレーディンガー方程式【事前学習】配布資料の当該箇所の内容を確認し，術語の意味を調べるとともに，数式に含まれる数学的操作を予備的にトレースしておくこと．【事後学習】授業で学んだ内容を振り返り，自分なりに深耕して，A4 1枚程度のレターにまとめておくこと．
第12回	気体分子運動論と量子論の対応【事前学習】配布資料の当該箇所の内容を確認し，術語の意味を調べるとともに，数式に含まれる数学的操作を予備的にトレースしておくこと．【事後学習】授業で学んだ内容を振り返り，自分なりに深耕して，A4 1枚程度のレターにまとめておくこと．
第13回	分子の回転【事前学習】配布資料の当該箇所の内容を確認し，術語の意味を調べるとともに，数式に含まれる数学的操作を予備的にトレースしておくこと．【事後学習】授業で学んだ内容を振り返り，自分なりに深耕して，A4 1枚程度のレターにまとめておくこと．
第14回	分子の振動【事前学習】配布資料の当該箇所の内容を確認し，術語の意味を調べるとともに，数式に含まれる数学的操作を予備的にトレースしておくこと．【事後学習】授業で学んだ内容を振り返り，自分なりに深耕して，A4 1枚程度のレターにまとめておくこと．
第15回	アルゴン、一酸化炭素および水素などの気体分子の熱力学的諸量の再現【事前学習】配布資料の当該箇所の内容を確認し，術語の意味を調べるとともに，数式に含まれる数学的操作を予備的にトレースしておくこと．【事後学習】授業で学んだ内容を振り返り，配布資料および自作のレターを総覧し，物理化学の柱と称される熱力学および統計力学の意味をしっかり確認すること．

その他

教科書	下記参考書は、前半のエクセルギーについて、教科書にしてもよいくらい丁寧に記述されている。そこから数式および例題などをピックアップしたプリントを配布し、順序を一部変更しつつ講述する。後半は、亀頭直樹著の私家版 (未出版) の統計力学書からピックアップした数式などをプリントで示しつつ講述する。
参考資料コメント及び資料（技術論文等）	小島和夫『エネルギー有効利用の原理』培風館 2004年前半にとりあげるエクセルギーに関しては本書以外にも数多くの書籍が出版されている。流派のようなものがあるため、時にとまどうことも想定されるが、それぞれの良いところに気づいて本質をつかんでいってほしい。後半の統計力学も叙述法は多様である。物理学としての正確さを過度に追求することなく、自然界が解を与えているということを前提に論理展開された書籍を発掘することを推奨する。
成績評価の方法及び基準	理解度確認課題40%+複数回のレポート60%
質問への対応	メールで質問を随時受け付け、原則として一両日中に返答する。
研究室又は連絡先	特任教授室（231B） E-mail: nishimiya.nobuyuki@nihon-u.ac.jp
オフィスアワー	木曜駿河台 16:30 ～ 18:30
学生へのメッセージ	遠慮なく議論をふっかけてきてください。

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