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学習支援計画書(シラバス) 検索システム
専門教育課程 機械工学科
授業科目区分 科目名 単位数 科目コード 開講時期 履修方法
専門教育課程
専門科目
専門
熱力学Ⅱ
Thermodynamics II
2 E021-01 2022年度
5期(前学期)
修学規程第4条を参照
担当教員名
*印は、実務経験のある教員を示しています。
授業科目の学習・教育目標
キーワード 学習・教育目標
1.カルノーサイクル 2.熱力学の第二法則 3.エントロピー・エクセルギー 4.実在気体 5.各種熱サイクル 熱エネルギーを機械的仕事に変換するための基礎や、熱エネルギーと物質の性質に関する諸 事項を学ぶ。現象のモデル化、数式化とその重要性を理解する。特に、自然界に生じる現象 の不可逆性と主要なエネルギー機械における熱力学的な現象の扱い方を学ぶ。あわせて、熱 力学がエネルギー機械の設計に果たす役割について学習する。
授業の概要および学習上の助言
 熱力学Iでは、工業製品における熱の取り扱いの基礎を学んだ。熱力学IIでは、持続可能な社会の実現に不可欠な、熱エネ ルギーを如何に有効に使うかと、実在の熱機器における理論について学ぶ。具体的には、 〇 理論上、最高の熱効率となり得るカルノーサイクルについて、その概念を学ぶ。 〇 熱エネルギー変換の不可逆性を説明する熱力学第二法則について学ぶ。 〇 エネルギーの質を定義するエントロピーやエクセルギーについて、その概念を学ぶ。 〇 実在気体の熱力学における取り扱い方を学ぶ。 〇 工業製品の基礎となる各種理論サイクルについて学ぶ。  本科目を学ぶことで、機械技術者の基礎である、熱エネルギーを機械エネルギーへ変換するための一連の応用力を身につけ る。  なお、詳細な授業計画、日程、および内容は、第1週目の授業時に提示されるので必ず確認すること。
教科書および参考書・リザーブドブック
教科書:JSMEテキストシリーズ 熱力学[丸善出版]、JSMEテキストシリーズ 演習熱力学[丸善出版] 参考書:英和対照[工学基礎テキスト]シリーズ 熱力学[森北出版] リザーブドブック:指定なし
履修に必要な予備知識や技能
1.数学的表現が不可欠なので、数理基礎教育課程の工学のための数理工等の内容を十分理解していることが強く望まれる。 2.意味、内容の理解を心がける。「なぜそうなるのかを考える。」3.学んだ知識を具体的問題に適用し、それを解く力を 身につける。教科書の演習問題などを利用する。4.単位の取得のみに拘泥せず、よい成績をとることを目標に努力する。5 .授業中は、学習の妨げとなる一切の行為を禁止する。
学生が達成すべき行動目標
No. 学科教育目標
(記号表記)
D,J,K カルノーサイクルについて説明でき、その内容、考え方を応用できる。
D,J,K 熱力学の第二法則について説明でき、その内容、考え方を応用できる。
D,J,K エントロピーやエクセルギーについて説明でき、その内容、考え方を応用できる。
D,J,K 相変化を伴う実在気体の性質と状態変化を説明でき、その内容、考え方を応用できる。
D,J,K ガスサイクルや蒸気サイクルについて説明でき、熱機器の設計に関する課題を解くことができる。
達成度評価
評価方法
試験 クイズ
小テスト
レポート 成果発表
(口頭・実技)
作品 ポートフォリオ その他 合計
総合評価割合 35 35 30 0 0 0 0 100
指標と評価割合 総合評価割合 35 35 30 0 0 0 0 100
総合力指標 知識を取り込む力 20 15 15 0 0 0 0 50
思考・推論・創造する力 15 20 15 0 0 0 0 50
コラボレーションと
リーダーシップ
0 0 0 0 0 0 0 0
発表・表現・伝達する力 0 0 0 0 0 0 0 0
学習に取組む姿勢・意欲 0 0 0 0 0 0 0 0
※総合力指標で示す数値内訳、授業運営上のおおよその目安を示したものです。
評価の要点
評価方法 行動目標 評価の実施方法と注意点
試験 学期末に筆記試験を行い、達成度を確認する。試験は講義で取り上げた全内容を包含する。基礎的な理解 力と、それを応用する力を養う必要がある。
クイズ
小テスト
講義の内容を中心に出題し評価する。
レポート 提示された課題を解答し、提出する。
成果発表
(口頭・実技)
作品
ポートフォリオ
その他
具体的な達成の目安
理想的な達成レベルの目安 標準的な達成レベルの目安
1)熱力学の第二法則について説明でき、現実的な問題を解く ことができる。 2)カルノーサイクルとその性質について説明でき、応用的問 題を解くことができる。 3)実在気体とその性質について説明でき、現実的な問題を解 くことができる。 4)各種サイクルの特徴をP-V線図,T-S線図に基づき説明でき 、数値的な性能評価ができる。 1)熱力学の第二法則について説明でき、簡単なエントロピー やエクセルギー計算ができる。 2)カルノーサイクルについて説明でき、簡単なサイクル計算 等ができる。 3)実在気体と理想気体の違いが説明でき、簡単な特性値計算 ができる。 4)各種サイクルの特徴を説明でき、簡単なサイクル計算等が できる。
CLIP学習プロセスについて
一般に、授業あるいは課外での学習では:「知識などを取り込む」→「知識などをいろいろな角度から、場合によってはチーム活動として、考え、推論し、創造する」→「修得した内容を表現、発表、伝達する」→「総合的に評価を受ける、GoodWork!」:のようなプロセス(一部あるいは全体)を繰り返し行いながら、応用力のある知識やスキルを身につけていくことが重要です。このような学習プロセスを大事に行動してください。
※学習課題の時間欄には、指定された学習課題に要する標準的な時間を記載してあります。日々の自学自習時間全体としては、各授業に応じた時間(例えば2単位科目の場合、予習2時間・復習2時間/週)を取るよう努めてください。詳しくは教員の指導に従って下さい。
授業明細
回数 学習内容 授業の運営方法 学習課題 予習・復習 時間:分
1 テーマ:学習目標等の説明 学習支援計画書などにより、学習目標、概要、当科目 が担う機械工学科の教育目標、具体的な達成レベルの 目安などを理解する。 テーマ:熱力学第二法則(1) 熱機関をモデル化するためのサイクルの概念と、熱機 関の性能指標として重要な熱効率や成績係数を学ぶ。 配布資料、視聴覚機器、板書 などを用いて講義する。 クイズ、演習を行う場合があ る。 終了前に授業振返りを行う。 【予習】熱力学Ⅰの範囲を十分に 理解する。教科書の関係箇所を通 読し、内容を理解するとともに、 不明な点を明らかにする。 【復習】授業内容を復習し、学習 目標等を十分理解する。レポート が課された場合は作成する。 120 30
2 テーマ:熱力学第二法則(2) 可逆変化と不可逆変化、カルノーサイクルについて説 明する。 熱力学の第二法則の表現、クラウジウスの積分につい て学ぶ。 配布資料、視聴覚機器、板書 などを用いて講義する。 クイズ、演習を行う場合があ る。 終了前に授業振返りを行う。 【予習】教科書の関係箇所を通読 し、内容を理解するとともに、不 明な点を明らかにする。 【復習】授業内容を復習し、学習 目標等を十分理解する。レポート が課された場合は作成する。 40 50
3 テーマ:熱力学第二法則(3) エントロピーの定義、エントロピーを含んだ線図、エ ントロピー変化の式について学ぶ。 進捗により、エントロピー生成とエントロピーバラン スについて学ぶ。 配布資料、視聴覚機器、板書 などを用いて講義する。 クイズ、演習を行う場合があ る。 終了前に授業振返りを行う。 【予習】教科書の関係箇所を通読 し、内容を理解するとともに、不 明な点を明らかにする。 【復習】授業内容を復習し、学習 目標等を十分理解する。レポート が課された場合は作成する。 40 50
4 テーマ:熱力学第二法則(4) エントロピーの利用として、理想気体のエントロピー 変化、固体・液体のエントロピー変化について取り組 む。 配布資料、視聴覚機器、板書 などを用いて講義する。 クイズ、演習を行う場合があ る。 終了前に授業振返りを行う。 【予習】教科書の関係箇所を通読 し、内容を理解するとともに、不 明な点を明らかにする。 【復習】授業内容を復習し、学習 目標等を十分理解する。レポート が課された場合は作成する。 40 50
5 テーマ:熱力学第二法則(5) 質としてのエネルギーの表現である、エクセルギーや 自由エネルギについて学ぶ。 進捗状況により、定常流動系のエクセルギー、エクセ ルギー損失、エントロピーの工学応用に触れる。 配布資料、視聴覚機器、板書 などを用いて講義する。 クイズ、演習を行う場合があ る。 終了前に授業振返りを行う。 【予習】教科書の関係箇所を通読 し、内容を理解するとともに、不 明な点を明らかにする。 【復習】授業内容を復習し、学習 目標等を十分理解する。レポート が課された場合は作成する。 これまでの課題,クイズ等の問題 が完全に理解でき、解けるように なるまで、繰り返し練習する。レ ポートが課された場合は作成する 。 40 50
6 【小テスト1:熱力学第二法則】 1〜5回の授業内容を中心に小テストを行う。 テーマ:実在気体とその性質(1) 理想気体と実在気体、物質の状態変化について学ぶ。 小テストでは問題の解答を解 答用紙に記入して、提出する 。 配布資料、視聴覚機器、板書 などを用いて講義する。 クイズ、演習を行う場合があ る。 終了前に授業振返りを行う。 【予習】小テストの範囲を十分に 復習する。 【復習】授業内容を復習し、学習 目標等を十分理解する。レポート が課された場合は作成する。 120 60
7 【小テスト1講評】 テーマ:実在気体とその性質(2) 湿り蒸気の性質、乾き度、圧縮水と過熱蒸気について 学ぶ。 配布資料、視聴覚機器、板書 などを用いて講義する。 クイズ、演習を行う場合があ る。 終了前に授業振返りを行う。 【予習】教科書の関係箇所を通読 し、内容を理解するとともに、不 明な点を明らかにする。 【復習】小テストの結果を基に復 習する。授業内容を復習し、学習 目標等を十分理解する。レポート が課された場合は作成する。 40 50
8 テーマ:実在気体とその性質(3) 飽和蒸気表の使い方、ファン・デル・ワールスの式に ついて学ぶ。 配布資料、視聴覚機器、板書 などを用いて講義する。 クイズ、演習を行う場合があ る。 終了前に授業振返りを行う。 【予習】教科書の関係箇所を通読 し、内容を理解するとともに、不 明な点を明らかにする。 【復習】小テストの結果を基に復 習する。授業内容を復習し、学習 目標等を十分理解する。レポート が課された場合は作成する。 40 50
9 ・実在気体とその性質(4) 蒸気サイクルについて触れる。 進捗により、冷凍空調サイクルや空気調和と湿度につ いて触れる。 配布資料、視聴覚機器、板書 などを用いて講義する。 クイズ、演習を行う場合があ る。 終了前に授業振返りを行う。 【予習】演習範囲の内容を十分復 習する。 【復習】演習の問題、これまでの 課題,クイズ等の問題が完全に理 解でき、解けるようになるまで、 繰り返し練習する。レポートが課 された場合は作成する。 40 50
10 【小テスト2:実在気体とその性質】 6〜9回の授業内容を中心に小テストを行う。 テーマ:各種サイクルとその性能(1) サイクルの考え方について学ぶ。 小テストでは問題の解答を解 答用紙に記入して、提出する 。 配布資料、視聴覚機器、板書 などを用いて講義する。 クイズ、演習を行う場合があ る。 終了前に授業振返りを行う。 【予習】小テストの範囲を十分に 復習する。 【復習】授業内容を復習し、学習 目標等を十分理解する。レポート が課された場合は作成する。 120 60
11 【小テスト2講評】 テーマ:各種サイクルとその性能(2) 各種の理論サイクルの考え方や性能について学ぶ。 小テストでは問題の解答を解 答用紙に記入して、提出する 。 配布資料、視聴覚機器、板書 などを用いて講義する。 クイズ、演習を行う場合があ る。 終了前に授業振返りを行う。 【予習】教科書の関係箇所を通読 し、内容を理解するとともに、不 明な点を明らかにする。 【復習】小テストの結果を基に復 習する。授業内容を復習し、学習 目標等を十分理解する。レポート が課された場合は作成する。 40 50
12 テーマ:各種サイクルとその性能(3) 引き続き、各種の理論サイクルの考え方や性能につい て学ぶ。 配布資料、視聴覚機器、板書 などを用いて講義する。 クイズ、演習を行う場合があ る。 終了前に授業振返りを行う。 【予習】教科書の関係箇所を通読 し、内容を理解するとともに、不 明な点を明らかにする。 【復習】小テストの結果を基に復 習する。授業内容を復習し、学習 目標等を十分理解する。レポート が課された場合は作成する。 40 50
13 【理論サイクルの振り返り】 総合演習 10〜12回目の授業内容を中心に、中間振り返り授 業として個人またはチームで演習を行う。進捗により 熱力学の最先端に関する特別講演に振り替える可能性 がある。 【振り返り演習】 問題演習、討論等を行う。な お、板書を指示することがあ る。特別講演に振り替える可 能性がある。 【予習】演習範囲の内容を十分復 習する。 【復習】演習の問題、これまでの 課題,クイズ等の問題が完全に理 解でき、解けるようになるまで、 繰り返し練習する。レポートが課 された場合は作成する。 40 50
14 【達成度確認試験】 これまでの学習内容全てを対象に、達成度を確認する 。授業全体を通しての自己点検を行う。 【熱力学Ⅱの振り返り】 熱力学Ⅰではエネルギーの量を、熱力学Ⅱではエネル ギーの質と変換を学んだ。この違いについて改めて論 述し、熱力学を総合的に振り返る。 【試験】 問題の解答を解答用紙に記入 して、提出する。 【予習】試験範囲の内容を十分復 習する。 【復習】これまでに学んだ内容を 十分に理解し、応用できるように する。 180
15 【達成度確認試験の返却と振り返り】 達成度確認試験を返却し、解説を行う。熱力学Ⅱ全体 の振り返りを行う。 【今後の熱力学への期待】 熱力学と工学の関係や将来について論述する。 問題の解説や討論などを行う 。なお、板書を指示すること がある。 授業全体を振り返る。 40