(IMAC-U) 熱・物質輸送論 / (IMAC-U) Heat and Mass Transfer  

  鈴木 研  

  工  

   

   

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)

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 will be organized by Google Classroom using the class code "vwwlbeq" in the academic year 2024.

This lecture aims to learn the advanced topics of heat transfer, mass transport phenomena, and interfacial phenomena based on the basic knowledge of heat transfer. In particular, the lecture will focus on the mechanism of each transport phenomenon.

1. Solid-state physics and heat transfer (conduction)

2. Diffusion mass transfer phenomena

3. Physical chemistry of solid-liquid-gas interfaces

  (IMAC-U) 伝熱学 / (IMAC-U) Heat Transfer  

  小宮 敦樹  

  工  

   

   

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)

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 provides explanations of the fundamentals of heat and mass transport phenomena. The aim of this class is to acquire fundamental knowledge of heat and mass transfer, which is useful to several engineering designs. Students firstly study the basic concept of heat transfer including conduction, convection and radiation. Then the applications of the concept to industrial designs, such as heat exchanger, boiler and condenser will be introduced. The goal of this class is to acquire the concept of heat and mass transfer.

  熱・物質輸送論 / Heat and Mass Transfer  

  菊川 豪太  

  工  

   

   

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．

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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.

  界面化学 / Interfacial Chemistry  

  松本 祐司, 丸山 伸伍  

  工  

   

   

Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ

https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html

（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。

界面でどのように電子が移動し、また反応するのか、その基礎的理解は、光触媒やリチウムイオン電池などの電気化学デバイス、また、太陽電池やトランジスタなどの固体素子の開発に必要不可欠である。本講義では、固体の電子状態、特に半導体のバンド構造と電子統計の初歩的な理解から始まり、マーカス理論に基づく金属-液体界面で電荷移動反応、半導体物理に基づく半導体-金属、あるいは半導体-半導体界面での電流-電圧特性、さらには、光触媒作用や二次電池特性の理解には不可欠な半導体-液体界面，かつ物質-液体界面での電荷/イオン移動現象やについて、化学者の目線で、できるだけ平易な解説を試みる。

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https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")

For further improvement of electrochemical devices of photocatalysts and lithium ion batteries, and solid-state devices of solar cells and transistors etc.., the basic understanding of charge transfer processes of electrons or ions at an interface should be indispensable, and their resultant chemical reactions and/or physical transport phenomena taking place at the interface are important for their applications. This lecture will provide not only the basic knowledge of semiconductor physics such as the band theory and electron statistics, but also various topics of interfacial charge transfer phenomena, which include Marcus theory, and photocatalysis and charge/discharge in secondary batteries at a solid-liquid interface in electrochemistry, and diodes and transistors of a solid-solid junction in electronics. The explanations will be given in an easy way from the viewpoints of the chemists.

  エネルギー工学 / Energy Technology  

  青木 秀之  

  工  

   

   

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学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

１．目的

「移動現象論」に引き続き、熱機器や反応器を設計する際に必要となるエネルギー工学の基礎および物質移動の基礎知識を修得する。「移動現象論」と「エネルギー工学」のセットで移動論が完結する。

２．概要

工業プロセス内では流体あるいは固体の流れがあり、加熱・冷却される場合が数多い。熱と物質移動の解析によりプロセス設計・操作の最適化を図ることは化学工学の基礎でもある。本授業により熱や物質を扱う機器の原理およびその効率化向上策などを学ぶ。

３．達成目標等

この授業では、主に以下のような能力を修得することを目標とする。

・化学工業プロセスを高効率で操作するために、熱や物質移動現象を理解し解析できる。

・熱伝導方程式の誘導と定常・非定常解の解析ができる。

・熱機器の原理を理解し、簡単な設計法を展開できる。

・物質移動現象の原理を理解し、その解析ができる。

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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

1. Objective

Following the course, Transport Phenomena, students learn basic heat and mass transfer which are required to design the thermal equipment and reactor. The set of "Transport Phenomena" and this "Energy Engineering" complete the "Rate Processes".

2. Summary

 Solid and fluid flow is generally used in industrial process with heating and cooling. To optimize the process design and its operation, analysis of heat and mass transfer is required. This course provides students with principle of equipment related with energy and mass transfer, and improvement of the equipment.

3. Target

Targets of this course are:

1) Students understand the phenomena of heat and mass transfer for effective operation of chemical industrial plant.

2) Students can derive heat conduction equation from Fourier's law, and calculate steady and unsteady heat conduction.

3) Students understand the principle of thermal equipment and can conduct basic designing of the equipment.

4) Students understand the principle of mass transfer behavior and calculate mass transport phenomena.

  化学・バイオ工学演習Ｃ / Exercises C  

  高橋 厚  

  工  

   

   

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学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

１．目的

化学工学に関連する講義で得られた知識をもとに、化学装置とプロセスの設計・運転に必要な事項を習得する。

２．概要

流動・伝熱・移動現象・相平衡・反応工学・プロセス制御・プロセス設計と、蒸留・熱交換・抽出・吸着・吸収・反応・乾燥・分離・撹拌について具体的な例を用いて基礎的な演習を行う。

３．達成目標等

この演習では、主に以下のような能力を習得することを目標とする。

 ・化学工学の基礎的なモデル化手法を理解し、モデル化と定量的な解析ができる。

 ・各種の化学装置とプロセスについて理解し、それぞれの基礎的な設計ができる。

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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

1. Objective

Students learn topics required for design and operation of chemical equipment and processes based on the knowledge obtained from the lectures related to chemical engineering.

2. Outline

Students do fundamental practices for fluid flow, heat transfer, transport phenomena, phase change, reaction engineering, and process control and design as well as distillation, heat exchanger, extraction, absorption, reaction, drying, separation and stirring by using the specific examples.

3. Goal

The goal of this practice is to mainly acquire the following skills:

- To understand the fundamental modeling methodology of chemical engineering and to perform modeling and quantitative analysis.

- To understand the various chemical equipment and processes and to do their basic design.

  物性物理原論Ｂ / Solid State Physics B  

  松枝 宏明  

  工  

   

   

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)

１．目的

結晶の物性を系統的に理解するためには、周期場中の電子の挙動を学ぶ必要がある。この授業では、Ｂｌｏｃｈの定理を中心に固体内の伝導電子の挙動について、その基礎的な取り扱い方を学ぶ。

２．概要

量子力学と物性物理原論Ａで学んだ事を基にして、自由電子による金属の比熱や伝導現象を扱う。ついで、周期場中の電子に関するＢｌｏｃｈの定理を扱い、Ｂｌｏｃｈ関数の諸性質や電子のエネルギー帯形成についての一般論を学ぶ。種々の金属のバンド構造を概観し、外場による固体内のＢｌｏｃｈ電子の運動を半古典論の範囲で記述する方法を学ぶ。

３．達成目標等

この授業では主に以下のような能力を習得することを目標とする。

・金属結晶内部の電子の古典的な描像を理解する。

・個々の結晶の多様なバンド構造を理解する基礎を習得する。

・半導体・絶縁体の電子状態を記述する強結合近似を習得する。

資料掲載など必要に応じてGoogle Classroomを利用するので、確認するようにしてください。

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1. Purpose and Target

 Study the basic knowledge of Bloch theorem to understand the behavior of conduction and valence electrons in periodic potential of metallic and insulating crystals.

2. Outline

 Electric and thermal properties of free electrons in metals will be given based on the knowledge of quantum mechanics and solid state physics A．Bloch theorem in periodic potentials will be proved and applied to understand the basic properties of band structures and band gaps in various kinds of crystals. The course ends up with the brief introduction of response of conduction electrons to external electric and magnetic fields in wave packet form.

  物性物理学演習Ⅱ / Exercises in Solid State Physics II  

  正木 祐輔  

  工  

   

   

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学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

１．目的

 物性物理原論Ａ・Ｂの講義内容の理解を深め、応用力を養う。

２．概要

 物性物理原論Ａ・Ｂで講義する内容（結晶構造、結晶による回折と逆格子、結晶結合、フォノン、絶縁体の熱的性質、金属のドルーデ理論、自由電子の比熱、自由電子近似や強結合近似でのバンド構造，光学的性質，輸送現象の半古典的扱い）にそって、高度な問題を解く。授業中に解法を発表してもらう．また小テストやレポートで理解を深める．

３．達成目標等

 問題を解く力、人前で発表する要領、読みやすいレポートを書く力を養う。

４．受講方法

 Google Classroomを利用する場合がある

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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

1. Purpose

The purpose of this course is to understand the content of "Solid State Physics A・B" deeply by taking advanced exercises.

2. Outline

Contents are what are studied in "Solid State Physics A・B" (Crystal structure, diffraction and reciprocal lattice, crystal binding, phonon, thermal properties of insulator, Drude theory of metal, specific heat for free electrons, band structure based on nearly free electron approximation and tight binding approximation, optical properties, semiclassical treatment of transport phenomena).

Students present solutions for some problems in class. Short tests and/or reports are also given to check and deepen their understanding.

3. Goals and objectives

Students develop abilities of calculation, presentation, and writing report.

4. Format

Google Classroom is used if necessary.

  核環境工学 / The Chemistry of Nuclear Fuel Cycle  

  新堀 雄一, 千田 太詩  

  工  

   

   

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)

放射性廃棄物の管理・処分システムの安全評価を背景に、地下環境の移動現象論および反応工学の基礎を整理するとともに、使用済燃料の再処理や処分を含む原子燃料サイクルの科学的基礎について講義する。

なお、本講義は、Google Classroomを利用する場合がある。その場合のクラスコードは「eae2fhw」である。

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)

First, based on the safety assessment of the management and disposal system of radioactive waste, this class will clarify the transport phenomena of underground environment and the chemical reaction engineering. Next, give the scientific basis of nuclear fuel cycle including the reprocessing and the disposal of the spent fuel.

Classrooms may be used if necessary. Its class code is "eae2fhw".

  固体電子論 / Physics of Electrons in Solids  

  梅津 理恵, 岡本 範彦, 好田 誠  

  工  

   

   

Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ

https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html

（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。

最近の材料に利用されている多様な機能性の解明とその制御のためには、固体中の電子の挙動とそれに関する固体物理の基礎を理解することが必須である。固体中で電子、フォノン、フォトンが生み出す機能性について熱伝導現象、磁性および群論(結晶対称性)や物性テンソルなどを題材として紹介しながら固体物理学の基礎を学ぶ。

本授業は原則英語により行う。

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of the School of Engineering:

https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")

Solid state physics is getting important to understand the relation between various functionalities and materials. Especially, electron, phonon and photon play important to create new functionalities. In this course, students can deepen their understanding of fundamental solid state physics through various examples such as electrons, phonons, and photons in solids, including thermal conduction phenomena, magnetism, group theory (crystal symmetry), and the tensor of physical properties, as well as the fundamentals of solid state physics.

In principle, this class will be conducted in English.