熱・物質輸送論 / Heat and Mass Transfer

単位数: 2. 担当教員: 菊川 豪太. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TMA-MEE349J.

主要授業科目/Essential Subjects

○

授業の目的・概要及び達成方法等

Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。
学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

本講義はGoogle Classroomを使用します．
クラスコード: y4ojaiu

１．目的　
複雑な伝熱・物質輸送のメカニズムを幅広いスケールに渡って学ぶ．
２．概要　
伝熱学で習得した伝熱現象の基礎知識を踏まえ，幅広いスケールに渡って熱・物質輸送現象のメカニズムを講義する．
３．達成目標等　
・ミクロスケールから熱力学の概念を捉え直し，統計物理学の基礎的概念を理解する．
・熱・物質輸送現象をミクロ・マクロスケールに渡って原理的に理解し，応用について考察できる．

授業の目的・概要及び達成方法等(Ｅ）

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

This class uses Google Classroom.
Class code: y4ojaiu

In this course, heat and mass transport phenomena are discussed from a broader viewpoint ranging from microscale to macroscale. Thermodynamic quantities are revisited with microscopic descriptions. The basic principles of statistical physics are given in order to understand the relationship between macroscopic thermodynamics and microscopic mechanics. Based on the above basics, the derivation of governing equations for mass transport phenomena, essential analogy between heat transfer and mass transfer, and application cases in the engineering are discussed.

他の授業科目との関連及び履修上の注意

熱力学および伝熱学の内容を踏まえて講義がなされる．

他の授業科目との関連及び履修上の注意(Ｅ）

Learning basic ideas of thermodynamics and heat transfer phenomena is required.

授業計画

1. 熱力学状態量の微視的解釈 (1)温度・エネルギー
2. 熱力学状態量の微視的解釈 (2)エントロピーと自由エネルギー
3. エントロピー増大則と等重率の原理
4. 統計物理学基礎 (1) ボルツマンの原理
5. 統計物理学基礎 (2) 統計アンサンブル
6. 統計物理学基礎 (3) 古典極限と統計力学の応用
7. 物質輸送の微視的解釈 (1)ランダムウォーク
8. 物質輸送の微視的解釈 (2)アインシュタイン則
9. 物質拡散 (1)質量流束とマクロな流れ
10. 物質拡散 (2)フィックの法則
11. 物質拡散 (3)質量保存則
12. 物質伝達 熱伝達とのアナロジー
13. まとめ

授業計画(Ｅ）

1. Microscopic understanding of thermodynamic state quantity (1): Temperature and energy
2. Microscopic understanding of thermodynamic state quantity (2): Entropy and free energy
3. Increase in entropy principle and principle of equal probabilities
4. Basic concepts of statistical physics (1): Boltzmann's principle
5. Basic concepts of statistical physics (2): Statistical ensemble
6. Basic concepts of statistical physics (3): Classical limit and application of statistical physics
7. Microscopic understanding of mass transport (1): Random walk
8. Microscopic understanding of mass transport (2): Einstein's law
9. Mass diffusion (1): Mass flux and macroscopic flow
10. Mass diffusion (2): Fick's law of diffusion
11. Mass diffusion (3): Mass conservation law
12. Mass transfer: Analogy with heat transfer
13. Wrap-up discussion

授業時間外学習

講義中で解説した概念について本質を理解しながら復習しておくことが望ましい．

授業時間外学習（Ｅ）

Students are expected to make a review in order to capture essence of each class.

成績評価方法及び基準

合否を含む成績は，数回のレポートと定期試験を主として評価する．

成績評価方法及び基準(Ｅ）

Several reports and final examination, which has high priority, are evaluated.

教科書および参考書

• 伝熱工学 JSMEテキストシリーズ, 丸善 ISBN/ISSN: 4888981205 資料種別:参考書

オフィスアワー

随時対応する．事前に連絡すること．

オフィスアワー（Ｅ）

Questions are accepted at any time. Make an appointment in advance via e-mail or other means.