2024年度学院等開講科目理学院化学系エネルギー・情報コース

エネルギー基礎学理第一大岡山

開講元: エネルギー・情報コース
担当教員: 笹部崇 / 多湖輝興 / 伊原学 / 林幸 / 久保祥一
授業形態: 講義 (ハイフレックス型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 火1-2 (S2-203(S222))
クラス: 大岡山
科目コード: ESI.A401
単位数: 100
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 1Q
シラバス更新日: 2025年3月14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，拡散，伝熱，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

講義は大岡山・すずかけ台のいずれかのキャンパスの講義室にて行う．講義が行われないキャンパスでは，オンラインで講義に参加する．
　第1回ー第5回：（大岡山）対面講義，（すずかけ台）オンライン
　第6回ー第7回：（大岡山）オンライン，（すずかけ台）対面講義

初回に講義の全体像を説明し，毎回の講義の前半で前回の授業を概説しつつ講述すると共に，出欠を確認する．

期末試験は5月28日に各キャンパスにおいて対面で行う．

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，大岡山：対面講義，すずかけ台：オンライン）：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と熱力学第一法則と内部エネルギー	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，および熱力学第一法則と内部エネルギー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，大岡山：対面講義，すずかけ台：オンライン）:エネルギー変換におけるエンタルピーの位置づけ，可逆過程と最大変換効率，熱力学第二法則とエントロピー	エネルギー分野の基礎学理として，エンタルピー，可逆過程と最大変換効率，熱力学第二法則とエントロピーが説明できる
第3回	化学・熱エネルギー変換の基礎学3（多湖輝興教授，大岡山：対面講義，すずかけ台：オンライン）：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，化学ポテンシャルと化学平衡定数	エネルギー分野の基礎学理として，ギブズ自由エネルギーの位置づけ，化学ポテンシャルと化学平衡が説明できる
第4回	化学・熱エネルギー変換の基礎学4（林幸教授，大岡山：対面講義，すずかけ台：オンライン）：流束の定義，物質流束，拡散係数，フィックの第一法則，定常・非定常，フィックの第二法則，不均一反応	エネルギー分野の基礎学理として，フィックの第一法則やフィックの第二法則を用いた物質流束の計算や，不均一反応における律速段階について説明できる．
第5回	化学・熱エネルギー変換の基礎学5（林幸教授，大岡山：対面講義，すずかけ台：オンライン）：熱流束，フーリエの熱伝導方程式，熱伝導率，熱拡散率，輻射伝熱，対流伝熱	エネルギー分野の基礎学理として，フーリエの熱伝導方程式を用いた熱流束の計算や，伝導伝熱，輻射伝熱，対流伝熱について説明できる．
第6回	光エネルギー変換の基礎学1（久保祥一准教授，大岡山：オンライン，すずかけ台：対面講義）：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7回	光エネルギー変換の基礎学2（久保祥一准教授，大岡山：オンライン，すずかけ台：対面講義）：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，固体のバンド構造）	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

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・配布資料等を用いて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

講義資料は，講義前にアップロードされる

成績評価の方法及び基準

成績評価は期末試験（70％）および講義中の演習・課題（30％）にて行う．
期末試験はそれぞれのキャンパスにおいて，5月28日に対面にて実施する．

履修の条件・注意事項