2022年度学院等開講科目工学院電気電子系エネルギーコース

エネルギー基礎学理第一すずかけ

開講元: エネルギーコース
担当教員: 志村祐康 / 多湖輝興 / 伊原学 / 和田裕之
授業形態: 講義
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 火1-2
クラス: すずかけ
科目コード: ENR.A401
単位数: 100
開講時期: 2022年度
開講クォーター: 1Q
シラバス更新日: 2025年7月10日
使用言語: 英語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

[講義の概要] 熱力学，速度論等を基礎とする「化学・熱エネルギー変換の基礎」と量子力学，バンド理論を基礎とする「光エネルギー変換の基礎」を説明する。
[講義のねらい] 本講義では，燃料電池，太陽電池，火力発電などの多様なエネルギー変換に共通する基礎学理を習得し、平衡論および速度論的な観点から、また量子力学、バンド理論の観点からエネルギー変換を考察する力を身につけることを目的とする。

到達目標

本講義を履修することによって次の能力を修得する。
1) エネルギー変換の基礎学理として熱力学を理解し、各エネルギー変換の理論的最大効率が説明できる。
2) エネルギー変換の基礎学理として物質移動現象を理解し、ギブズ自由エネルギーを使って拡散現象が説明できる。
3) エネルギー分野の基礎学理として量子力学の基礎を説明できる
4) エネルギー分野の基礎学理として固体のバンド理論の基礎を説明できる

キーワード

エネルギー変換，熱力学，燃焼，量子力学，光，バンド構造,燃料電池，太陽電池，火力発電

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

初回に講義の全体像を説明する。毎回の講義の前半で,前回の授業を概説しつつ講述する。毎回、出席をとる。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	エネルギー変換における基礎学とは？　化学・熱エネルギー変換の基礎学1（多湖輝興教授、オンライン開講）：エネルギー変換効率の最大値を与えてくれる熱力学、分子運動論的にみた熱力学の全体像	エネルギー分野を俯瞰し，エネルギー変換における基礎学理の概要について説明できる
第2回	化学・熱エネルギー変換の基礎学2（多湖輝興教授、オンライン開講）:平衡状態と定常状態、熱力学第一法則と内部エネルギーの種類、エネルギー変換におけるエンタルピーの位置づけ	エネルギー分野の基礎学理として、定常状態と平衡状態の違い、熱力学第一法則、内部エネルギー、エンタルピーが説明できる
第3回	化学・熱エネルギー変換の基礎学3（多湖輝興教授、オンライン開講）：エネルギー変換におけるギブズ自由エネルギーの位置づけ、可逆過程と最大変換効率、化学ポテンシャルと拡散	エネルギー分野の基礎学理として、エネルギー変換におけるギブズ自由エネルギーの位置づけ、可逆過程と最大変換効率、化学ポテンシャルと拡散が説明できる
第4回	化学・熱エネルギー変換の基礎学4（志村祐康准教授、オンライン開講）：エネルギー変換で考慮すべき物質移動（拡散と流動）と化学反応、定常と非定常：例として燃焼などを考える	エネルギー分野の基礎学理として、物質移動と化学反応、定常/非定常の複合プロセスとして燃焼を説明できる
第5回	光エネルギー変換の基礎学1（和田裕之准教授、オンライン開講）：固体中の電子の振る舞い1、量子力学の基礎（光の粒子性と波動性、演算子）	エネルギー分野の基礎学理として、光の粒子性と波動性、演算子を説明できる
第6回	光エネルギー変換の基礎学2（和田裕之准教授、オンライン開講）：固体中の電子の振る舞い2、量子力学の基礎（シュレーディンガー方程式、井戸型ポテンシャルに閉じ込められた電子、エネルギーの離散性）	エネルギー分野の基礎学理として、シュレーディンガー方程式、井戸型ポテンシャルに閉じ込められた電子、エネルギーの離散性を説明できる
第7回	光エネルギー変換の基礎学3（和田裕之准教授、オンライン開講）：固体中の電子の振る舞い3、電子から見た「原子・分子・固体」、固体のバンド構造とバンドモデル、ドーピング、再結合、電子・正孔の拡散とドリフト	エネルギー分野の基礎学理として、バンド構造とバンドモデル、ドーピング、再結合、電子・正孔の拡散とドリフトを説明できる

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

特になし

参考書、講義資料等

必要に応じて講義資料は講義中に配布

成績評価の方法及び基準

期末のレポート（70％）および講義中のクイズ（30％）にて評価する。

履修の条件・注意事項