2024年度学院等開講科目物質理工学院材料系

材料熱力学 b

開講元: 材料系
担当教員: 中島章 / 横田紘子 / 河村憲一 / 多田英司 / 上田光敏 / 小林能直 / 林幸
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 火7-8 (W3-301(W331)) / 金7-8 (W3-301(W331))
クラス: b
科目コード: MAT.A204
単位数: 200
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17日
使用言語: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

材料創成や材料特性評価において，物理化学的な状態変化や相の安定性を考えることは必須であり，本講義で修得する熱力学の考え方はその基本となる．また，現象を理論的に考察するうえで強力なツールとなる。そこで，熱力学の基礎知識を講義において概説し，一方で演習をとおして，材料創成や材料特性評価に必要となる基本的な考え方を理解できるようにする。

到達目標

本講義を履修することによって，物理化学的な状態変化や相安定性を考える基礎となる熱力学の知識を養い，それを材料創成や材料特性評価に応用する考え方を修得することを目標とする。

実務経験のある教員等による授業科目等

実務経験と講義内容との関連 (又は実践的教育内容)

本講義は，素材メーカーでの新素材の研究開発経験を持つ教員がその実務経験を活かし，最先端素材の特性を理解する上で基礎的かつ本質的な知識が極めて重要であることを理解できるよう教育を行う。

キーワード

内部エネルギー、エンタルピー、エントロピー、自由エネルギー、化学ポテンシャル、相図、化学平衡

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)
化学熱力学の基礎

授業の進め方

14回の講義・演習で進めていきます。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	気体の性質（完全気体と実在気体，完全気体とファン・デル・ワールスの状態方程式）	気体の基本的な性質について講義する
第2回	熱力学の第一法則（熱，仕事，内部エネルギー, 状態関数の導出）	熱力学の第1法則について紹介し、熱，仕事，内部エネルギー, 状態関数等について講義する
第3回	熱力学の第一法則（エンタルピー, 熱容量，断熱変化，熱化学）	前回に続き, エンタルピー, 熱容量, 断熱変化, 熱化学等について述べ、熱力学第1法則の全体像を講義する
第4回	熱力学の第二，第三法則（自発変化の方向とエントロピー）	熱力学の第二，第三法則について紹介し、エントロピーの定義、自発変化の方向との関係について講義する
第5回	自由エネルギー（ギブズ・エネルギーとヘルムホルツ．エネルギー）	ギブズとヘルムホルツの2つのエネルギーとその意味の違いについて講義する
第6回	化学ポテンシャルとフガシティ	化学ポテンシャルの定義、実在気体の挙動を記述するためのフガシティの意味について講義する
第7回	到達度確認の総合演習（第１～６回）	第1回から第６回までの内容について演習を行う。
第8回	純物質の物理的な変態（一成分系の相安定性）	1成分系の相変態と自由エネルギーの関係について講義する
第9回	混合物の熱力学的な記述（部分モル量，化学ポテンシャル）	多成分系の熱力学について講義する
第10回	理想溶液の熱力学	理想溶液の性質と、各種の束一的性質について講義する
第11回	非理想溶液の取り扱いと活量	溶媒、溶質の活量について講義する
第12回	Gibbsの相律と相図の理解	相律と2成分系状態図について講義する
第13回	化学平衡（平衡定数とルシャトリエの法則）	化学平衡にもとづく各種反応、エリンガム図等について講義する
第14回	平衡電気化学	熱力学に基づく平衡電気化学について講義する

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

P. Atkins, J. de Paula（千原秀昭、中村亘男訳）：物理化学（上）第10版東京化学同人

参考書、講義資料等

授業中に配布される資料など

成績評価の方法及び基準

宿題，到達度確認総合演習および期末試験により行う．

履修の条件・注意事項

学部1年生の化学熱力学を履修していること