2023年 短期大学部 シラバス - ものづくり・サイエンス総合学科
設置情報
| 科目名 | 熱力学 | ||
|---|---|---|---|
| 設置学科 | ものづくり・サイエンス総合学科 | 学年 | 2年 |
| 担当者 | 梅津 光一郎 | 履修期 | 前期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 火曜5 |
| 校舎 | 船橋 | 時間割CD | E25F |
| クラス | ものづくり・サイエンス総合 | ||
| ポリシー | ディプロマ・ポリシー【DP】 カリキュラム・ポリシー【CP】 | ||
| 履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
概要
| 学修到達目標 | 熱力学は，膨大な数の原子・分子等の粒子の集団から成る物質の状態を，温度，圧力，体積など少数の物理量を用いて記述し，巨視的な観点から物質の状態がいかに変化するかを考察する学問である。本講義では，熱力学の公理論的な立場から様々な熱的現象について学ぶ。 本講義の学修到達目標は，以下の授業計画で具体的に示す熱力学の諸項目についてその概念を正しく理解し，熱的な諸現象について定性的にも定量的にも考察できるようになることにある。 本授業科目はDP1及びCP1に該当しています。 科目ナンバリング:MFmPh-214 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
板書とスライドを中心とする講義形式の対面授業を行う（必要に応じて一部オンライン授業に切り替える可能性がある）。レポート課題を課し，添削指導を実施する。課題は原則として１週間以内にガイダンスで指示された方法で提出する。 |
| 履修条件 | 「物理Ⅱ」を受講していることが望ましい。 |
授業計画
| 第1回 | 熱力学の紹介と数学的な準備 熱力学の考察の対象となる系，平衡系と非平衡系 事前学習：教科書の該当ページを読んで理解できない箇所を明確にしておくこと（2時間） 事後学習：授業で学んだ事項をまとめ，教科書の例題・演習問題を通じて理解しておくこと。（2時間） |
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| 第2回 | 状態量と束縛条件 相加変数・示量変数・示強変数，内部エネルギー・体積・物質量，単純系・部分系・複合系，内部束縛 事前学習：教科書の該当ページを読んで理解できない箇所を明確にしておくこと（2時間） 事後学習：授業で学んだ事項をまとめ，教科書の例題・演習問題を通じて理解しておくこと。（2時間） |
| 第3回 | 熱力学の法則Ⅰ 平衡状態に対する熱力学の要請 事前学習：教科書の該当ページを読んで理解できない箇所を明確にしておくこと（2時間） 事後学習：授業で学んだ事項をまとめ，教科書の例題・演習問題を通じて理解しておくこと。（2時間） |
| 第4回 | 熱力学の法則Ⅱ エントロピーに対する熱力学の要請，基本関係式，熱力学関数，エントロピー最大の原理 事前学習：教科書の該当ページを読んで理解できない箇所を明確にしておくこと（2時間） 事後学習：授業で学んだ事項をまとめ，教科書の例題・演習問題を通じて理解しておくこと。（2時間） |
| 第5回 | エントロピーの性質 エントロピーの相加性と同次性，エントロピー密度，エントロピーの凸性 事前学習：教科書の該当ページを読んで理解できない箇所を明確にしておくこと（2時間） 事後学習：授業で学んだ事項をまとめ，教科書の例題・演習問題を通じて理解しておくこと。（2時間） |
| 第6回 | 示強変数 温度・圧力・化学ポテンシャルの定義，理想気体，状態方程式，光子気体，熱力学第三法則 事前学習：教科書の該当ページを読んで理解できない箇所を明確にしておくこと（2時間） 事後学習：授業で学んだ事項をまとめ，教科書の例題・演習問題を通じて理解しておくこと。（2時間） |
| 第7回 | 仕事と熱Ⅰ 熱力学第一法則，準静的過程，圧縮膨張過程 事前学習：教科書の該当ページを読んで理解できない箇所を明確にしておくこと（2時間） 事後学習：授業で学んだ事項をまとめ，教科書の例題・演習問題を通じて理解しておくこと。（2時間） |
| 第8回 | 仕事と熱Ⅱ 等温過程，断熱過程，ファン・デル・ワールス気体 事前学習：教科書の該当ページを読んで理解できない箇所を明確にしておくこと（2時間） 事後学習：授業で学んだ事項をまとめ，教科書の例題・演習問題を通じて理解しておくこと。（2時間） |
| 第9回 | ２つの系の間の平衡 熱力学第０法則，エネルギー最小の原理 事前学習：教科書の該当ページを読んで理解できない箇所を明確にしておくこと（2時間） 事後学習：授業で学んだ事項をまとめ，教科書の例題・演習問題を通じて理解しておくこと。（2時間） |
| 第10回 | エントロピー増大則 熱力学第二法則，可逆過程と不可逆過程 事前学習：教科書の該当ページを読んで理解できない箇所を明確にしておくこと（2時間） 事後学習：授業で学んだ事項をまとめ，教科書の例題・演習問題を通じて理解しておくこと。（2時間） |
| 第11回 | 熱と仕事の変換 サイクル過程，熱機関，カルノーサイクル，熱効率 事前学習：教科書の該当ページを読んで理解できない箇所を明確にしておくこと（2時間） 事後学習：授業で学んだ事項をまとめ，教科書の例題・演習問題を通じて理解しておくこと。（2時間） |
| 第12回 | ルジャンドル変換と他の表示への変換 ヘルムホルツの自由エネルギー，ギッブスの自由エネルギー，エンタルピー 事前学習：教科書の該当ページを読んで理解できない箇所を明確にしておくこと（2時間） 事後学習：授業で学んだ事項をまとめ，教科書の例題・演習問題を通じて理解しておくこと。（2時間） |
| 第13回 | 大きな系・小さな系 熱容量，比熱，熱浴 事前学習：教科書の該当ページを読んで理解できない箇所を明確にしておくこと（2時間） 事後学習：授業で学んだ事項をまとめ，教科書の例題・演習問題を通じて理解しておくこと。（2時間） |
| 第14回 | 熱力学的安定性 ル・シャトリエの原理，熱力学的不等式 事前学習：教科書の該当ページを読んで理解できない箇所を明確にしておくこと（2時間） 事後学習：授業で学んだ事項をまとめ，教科書の例題・演習問題を通じて理解しておくこと。（2時間） |
| 第15回 | 理解度確認試験 熱的諸現象に関する話題 相転移，ヘスの法則と熱化学方程式，統計力学 事前学習：教科書の該当ページを読んで理解できない箇所を明確にしておくこと（2時間） 事後学習：授業で学んだ事項をまとめ，教科書の例題・演習問題を通じて理解しておくこと。（2時間） |
その他
| 教科書 |
清水明 『熱力学の基礎 第２版 Ⅰ』 東京大学出版会 2021年 第2版
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| 参考書 |
清水明 『熱力学の基礎 第２版 Ⅱ』 東京大学出版会 2021年 第2版
田崎晴明 『熱力学 -現代的な視点から-』 培風館 2000年 第1版
太田浩一 『熱の理論』 共立出版 2018年 第1版
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| 成績評価の方法 及び基準 |
出席が5分の3に満たない場合は履修放棄として取扱い，学業成績の査定を行わない。 平常点60％，理解度確認試験40％の結果を総合して評価する。 （対面試験が実施できない場合は，平常点100%（レポート課題の評価を含む）を考慮して評価する。） |
| 質問への対応 | 時間の許す限り対応する。 |
| 研究室又は 連絡先 |
研究室：船橋校舎９号館２階９２１E室 umetsu.koichiro@nihon-u.ac.jp |
| オフィスアワー |
月曜 船橋 12:10 ～ 13:10
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| 学生への メッセージ |
あの天才アインシュタインに「原理の理論」と言わしめた熱力学の世界観を楽しみながら学んで頂ければ幸いです。あきらめず，必ず最後までやりとおしてください。授業に関する質問を歓迎します。 【前年度成績分布状況】履修者数19名 S:6人(33%),A:7人(39%),B:3人(17%),C:1人(6%),D:0人(0%),E:2人 |