出版社内容情報
工学系のための熱力学講義、待望の書籍化。解き方の暗記ではなく、「考え方」を深く真の意味で理解して使えるようになる一冊。
熱力学とは、エネルギーの量と質について、経験則を抽象化し、普遍的原理にまで高めた物理学の美しい一分野であり、同時に工学の基礎をなす。
本書は、工学系の大学2年生を対象に著者が10年以上行ってきた講義の資料を教科書として再構成したものである。工学系を対象とした従来の教科書では、公式や計算問題に偏らず理論をかみ砕いて解説したものが比較的少ない状況があった。そのような背景を踏まえ、本書では物理と工学の接点に立つ著者の視点から、工学のための熱力学の基礎の解説を重視し、工学・理学双方の分野の読者に開かれた構成にすることを目指した。
さらに、熱力学ポテンシャル、マクスウェル関係式、一般関係式の解説に多くの紙数を割き、数式展開の方法論だけでなく、それがどのような「動機」や「考え方」や「発想」から導かれるのかを明確にした。記述は、「数式をいかに観察するのか？」や、等号一つ一つの意味の違いにも及んでいる。単なる定義や変形の羅列ではなく、一つの物語として熱力学の全体像をたどる構成となっている。
【目次】
第0章 力学と熱力学，そして保存法則
0.1 力学と運動方程式
0.2 運動方程式と運動量保存則
0.3 保存量
0.4 保存則の必要性
第1章 熱力学の準備
1.1 熱に関連する話し言葉がもたらす落とし穴
1.2 系と外界と境界
1.3 熱平衡と熱力学第0法則
1.4 状態量
1.5 過程
1.6 単位
第Ⅰ部 熱力学第1法則
第2章 熱力学第1法則
2.1 熱力学第1法則 ―内部エネルギーの保存則―
2.2 内部エネルギー
2.3 第1法則の数式表現
2.4 準静的過程
2.5 仕事とp-V線図
2.6 エンタルピー
2.7 定圧過程と定容過程
2.8 サイクルと第1種永久機関
第3章 理想気体と状態方程式
3.1 Boyle-Charlesの法則
3.2 理想気体の状態方程式
3.3 モルベースと質量ベースの気体定数
第4章 熱容量と比熱
4.1 理想気体の熱容量
4.2 理想気体の比熱
4.3 Mayerの式
4.4 比熱比
第5章 等温過程と断熱過程
5.1 理想気体の等温過程
5.2 理想気体の断熱過程
5.3 等温線と断熱線
第Ⅱ部 熱力学第2法則
第6章 エントロピーの導入
6.1 可逆過程と不可逆過程
6.2 熱力学第2法則への関門とエントロピー
6.3 完全微分から見出されるエントロピー
6.4 理想気体のエントロピー変化
6.5 理想気体の状態方程式のエントロピー表現
6.6 熱と仕事の対応
6.7 熱とT-S線図
第7章 Carnotサイクルと熱効率
7.1 サイクルと状態量・非状態量
7.2 周回積分
7.3 熱効率
7.4 Carnotサイクル
7.5 Carnotの定理の要約
第8章 Clausius積分
8.1 CarnotサイクルからClausius積分へ
8.2 可逆過程のエントロピー
第9章 不可逆過程のエントロピー
9.1 Clausiusの不等式
9.2 不可逆過程のエントロピー
第10章 熱力学第2法則
10.1 永久機関への夢と挫折
10.2 第2法則のさまざまな表現
10.3 言葉による第2法則の二大表現
10.4 KelvinとClausiusの両原理の等価性
第11章 Carnotの定理の証明
11.1 少年と謎のエンジン
11.2 合成サイクルへの着眼
11.3 問題設定
11.4 証明
第Ⅲ部 一般関係式
第12章 自由エネルギーと独立変数
12.1 自由エネルギーと自由エンタルピ
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