理工学研究科Graduate School of Science and Engineering
APC500Y1（複合化学 / Applied chemistry 500）高エネルギー反応場特論Processing using High Energy Reaction Fields
小林 清、渡辺 博道Kiyoshi KOBAYASHI, Hiromichi WATANABE
授業コードなどClass code etc
| 学部・研究科Faculty/Graduate school | 理工学研究科Graduate School of Science and Engineering |
| 添付ファイル名Attached documents | |
| 年度Year | 2022 |
| 授業コードClass code | YB509 |
| 旧授業コードPrevious Class code | |
| 旧科目名Previous Class title | |
| 開講時期Term | 秋学期授業/Fall |
| 曜日・時限Day/Period | 月2/Mon.2 |
| 科目種別Class Type | |
| キャンパスCampus | 小金井 |
| 教室名称Classroom name | 各学部・研究科等の時間割等で確認 |
| 配当年次Grade | |
| 単位数Credit(s) | 2 |
| 備考（履修条件等）Notes | |
| 実務経験のある教員による授業科目Class taught by instructors with practical experience | |
| カテゴリーCategory | 応用化学専攻 |
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Outline (in English)
1. The lecture in the first half will give The lecture in the first half will give the historical and basic stories; (1) concept of an energy in analytical mechanics; (2) relationships among thermodynamics, analytical thermodynamics, and analytical chemical thermodynamics; (3) extension of analytical electrochemistry from analytical chemical thermodynamics and solid-state electrochemistry; (4) applications to the solid-state electrochemical theory to present battery technology.
2. In order to understand or predict behaviors of solids at elevated temperatures in high-temperature processes or phenomena, we have needed high-temperature physical properties of various materials. Therefore, the lecture in the second half will explain principles and techniques for measuring various thermophysical properties such as specific heat capacity. Prior to the explanations of measurement techniques, theoretical descriptions of high-temperature physical properties, which result from microscopic or / and macroscopic structures of the materials, will be provided in terms of basic solid state physics.
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の概要と目的（何を学ぶか）Outline and objectives
本講義前半では、解析力学からエネルギー概念が生まれた背景と熱力学、解析熱力学および解析化学熱力学の関係を解説する。また、それらを拡張して解析電気化学理論と固体電気化学理論が生まれた背景や理論関係を解説する。そして、これらの理論が現代重要になっている蓄電池などのエネルギー変換デバイスにどう生かされているかを解説する。
また、高温における固体の物理的な振る舞いを理解もしくは予測するためには物質の高温物性値が必要となる。本講義後半では、固体物質の電気的／光学的／熱的な性質が、物質固有の微視的／巨視的構造からどのようにして発現するかを初歩的な固体物理理論により説明した上で、それらの高温物性値を測定する方法の原理や技術を解説する。
到達目標Goal
1-(1) ニュートン力学から派生した解析力学によりポテンシャルおよびエネルギー概念がどのように生み出されたか理解する。
1-(2) カルノー理論発明のアイデアから熱力学の第一法則誕生までを理解する。
1-(3) Gibbsにより発明された解析熱力学の考え方を理解し、その拡張である解析化学熱力学の理論拡張の考え方を理解する。
1-(4) 解析化学熱力学の拡張法を基に解析電気化学理論への拡張を理解する。それらと固体化学の基礎である欠陥化学とイオン輸送理論の関係を理解する。
1-(5) イオン輸送理論と局所平衡から蓄電池や燃料電池のエネルギー変換理論を理解する。
2-(1) 高温における物体の挙動を簡単な固体物理理論を基にして定性的に理解もしくは予想する力を付ける。
2-(2) 固体の物理的性質の測定における技術的な注意点についての知識を蓄え、正確な測定を行う力を付ける。
2-(3) 高温物性の新しい測定法の開発や適切な測定法の選択を可能にする知識を蓄える。
この授業を履修することで学部等のディプロマポリシーに示されたどの能力を習得することができるか（該当授業科目と学位授与方針に明示された学習成果との関連）Which item of the diploma policy will be obtained by taking this class?
ディプロマポリシーのうち、「DP1」「DP2」「DP3」に関連
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の進め方と方法Method(s)（学期の途中で変更になる場合には、別途提示します。 /If the Method(s) is changed, we will announce the details of any changes. ）
前半では、普段何気なく使っているエネルギーという概念がどう理論的に生まれ解析的表記に至った経緯から講義を始める。その後、この考え方が様々なタイプの熱力学や電気化学にどのように導入され発展したかを概観し、最後に現代の理論応用を説明する。それぞれの内容で関連する書籍を紹介しながら講義を行う。また、履修生の専門に合わせ、授業計画に記載の内容のテーマを変更する可能性がある。
後半では、様々な高温プロセスの開発や高温物理現象を説明するために高温物性値が必要となる事例を紹介する。次に、高温物性を測定する上で基本となる物理量である温度の測定法に関する理論・実験的な解説を行う。その後、高温物質の電気的／光学的／熱的性質に関して、初歩的な固体物理学を用いて定性的な理解を促した上で、それらの測定法に関する技術的な解説を行う。
アクティブラーニング（グループディスカッション、ディベート等）の実施Active learning in class (Group discussion, Debate.etc.)
なし / No
フィールドワーク（学外での実習等）の実施Fieldwork in class
なし / No
授業計画Schedule
授業形態/methods of teaching：対面/face to face
※各回の授業形態は予定です。教員の指示に従ってください。
第1回[対面/face to face]：力学分野におけるエネルギー概念の誕生
ニュートン力学から派生した解析力学においてエネルギー概念が生まれるまでの物語
第2回[対面/face to face]：前期熱力学
カルノーが考えた熱機関理論の物理描像から熱力学の第一法則誕生までの概論
第3回[対面/face to face]：解析熱力学と化学熱力学への拡張
Gibbsにより創出された解析熱力学の考え方と化学熱力学への拡張理論
第4回[対面/face to face]：解析電気化学
Gibbsの解析化学熱力学の概念を拡張した解析電気化学理論の解説
第5回[対面/face to face]：古典不可逆熱力学の概論
電気化学で必要になる不可逆系を扱う理論として古典不可逆熱力学の考え方を解説
第6回[対面/face to face]：固体電気化学（I)
解析電気化学を固体系に特化した固体電気化学の概論。特に欠陥化学とイオン輸送理論を解説
第7回[対面/face to face]：固体電気化学（II)
固体内イオン輸送理論から導ける電池のエネルギー変換理論を解説
第8回[オンライン/online]：熱物性測定の基本
熱物性測定及びに計測標準についての解説
第9回[オンライン/online]：測定の不確かさ（I）
測定の不確かさの基本概念の解説
第10回[オンライン/online]：測定の不確かさ（II）
測定の不確かさを導出する方法の解説
第11回[オンライン/online]：温度の測定（I）
温度測定の原理と歴史の解説
第12回[オンライン/online]：温度の測定（II）
温度測定技術の解説
第13回[オンライン/online]：高温熱物性の測定（I）
熱物性に関する初歩的な固体物理理論とその一般的測定法に関する解説
第14回[オンライン/online]：高温熱物性の測定（II）
高温熱物性測定に関する最近の研究事例の紹介
授業時間外の学習（準備学習・復習・宿題等）Work to be done outside of class (preparation, etc.)
【本授業の準備・復習時間は、各４時間を標準とします。】
テキスト（教科書）Textbooks
教科書を使用しない。
参考書References
第１回目および第８回目に紹介する。
成績評価の方法と基準Grading criteria
平常点 （２０％）、授業中の課題・宿題等（８０点）
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
2021年度の授業実施状況を考慮して、授業計画を変更した。
学生が準備すべき機器他Equipment student needs to prepare
必要となった場合には、事前に連絡する。