熱力学 / Thermodynamics

単位数: 2. 担当教員: 鳥谷部 祥一. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TEI-PHY302J.

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)

A．目的と概要
　熱力学の基本構造，熱力学的な系の変化の特徴，また，エントロピーや自由エネルギーなどの熱系に特有な物理量について学習する．

B．達成目標
　熱力学の基礎的事項を理解し，どのような操作が可能でどのような操作が不可能なのかを判断できるようにする．また，熱力学の恒等式やマクスウェルの関係式を使いこなして具体的な問題を解く力を身につける．

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)

A. Purpose and summary.
In this course, students study the fundamentals of thermodynamics, including the properties of the transitions of thermodynamic systems and the thermodynamic quantities such as entropy and free energy.

B. Goal of study
This course is designed to help students understand the fundamentals of thermodynamics, distinguish thermodynamically possible and impossible protocols, and use thermodynamic relations to calculate the quantities of given systems.

他の授業科目との関連及び履修上の注意

解析学や数学物理学演習などで偏微分の基礎を習得しておくことが望ましい．

他の授業科目との関連及び履修上の注意(Ｅ）

You are expected to be familiar with partial derivatives, which may be learned in Analysis or Exercise in Mathematics and Physics.

授業計画

1. 熱力学とは，熱力学の歴史．
2. 熱力学の基本．
3. 断熱操作．
4. 等温操作，自由エネルギー．
5. 熱．
6. 熱機関とカルノーサイクル．
7.エントロピー１
8. エントロピー２
9. 数学的準備．
10. 自由エネルギー．
11. 化学ポテンシャル．
12. 相１．
13. 相２．
14. 多成分系．
15. まとめ

授業計画(Ｅ）

1. Thermodynamics, history.
2. Basics
3. Adiabatic protocol.
4. Isothermal protocol. Free energy.
5. Heat.
6. Heat cycle and Carnot cycle.
7. Entropy 1
8. Entropy 2
9. Mathematics primer.
10. Free energy.
11. Chemical potential.
12. Phase 1.
13. Phase 2.
14. Multi-component system.
15. Summary.

授業時間外学習

毎回の授業内容の復習．レポート執筆．

授業時間外学習（Ｅ）

Review, report writing.

成績評価方法及び基準

宿題および期末試験によって評価する．

成績評価方法及び基準(Ｅ）

Students are evaluated on their points from the homework and the semester final exam.

教科書および参考書

• 熱力学＝現代的な視点から, 田崎晴明, 倍風館 (2000) ISBN/ISSN: 9784563024321 資料種別:教科書
• 熱力学入門, 佐々真一, 共立出版 (2000) ISBN/ISSN: 4320033477 資料種別:参考書
• 熱力学および統計物理入門（上）第２版, H. B. キャレン, 吉岡書店 (1998) ISBN/ISSN: 4842702729 資料種別:参考書
• 熱力学の基礎, 清水明, 東京大学出版会 (2007) ISBN/ISSN: 4130626094 資料種別:参考書
• 大学演習　熱学・統計力学, 久保亮五（編）, 裳華房 (1998) ISBN/ISSN: 9784785380328 資料種別:参考書
• 熱力学, 佐々木一夫, 共立出版 (2013) ISBN/ISSN: 4320035070 資料種別:参考書
• よくわかる熱力学, 前野昌弘, 東京図書 (2020) ISBN/ISSN: 9784489023415 資料種別:参考書

オフィスアワー

特に指定しない．あらかじめメールでアポをとるか，classroomで質問して欲しい．

オフィスアワー（Ｅ）

Not specified. Make an appointment by e-mail. You may ask questions on google clasroom.