エネルギー変換工学

エネルギー変換の基礎となる学術は熱力学ですが，熱力学については苦手意識を感じている人も多いのではないでしょうか。いきなり抽象的な概念や状態量などが天下り的に数多く出てきたり，難しい数式が展開されていたりすることが，多くの人に熱力学が難解だと感じさせる理由ではないかと思います。ただし，エンタルピーやエントロピーなどが導入されたのはそれなりの背景や理由があり，その動機や視点は非常にシンプルです。自分が実際に冷凍サイクルや燃料電池の設計に関わった経験からも，なぜエンタルピー，エントロピー，ギブス自由エネルギーといった状態量が導入されたのか，そしてそれらがいかに便利なのか，これらを知ることが理解の近道だと考えます。
本書は，大学の学部等で熱力学を一度学んでエンタルピーやエントロピーなどの名前はもちろん知ってはいるものの，それらを使いこなしてエネルギー機器を設計することなどについて，今一つ自信が持てない大学院の学生やあらためて勉強し直したいと思っている設計者の方々等を対象に執筆しました。本書とすでにお持ちの基礎的な熱力学の教科書とをセットで，ぜひ熱力学の実用的な意味を理解していただき，将来のエネルギー機器の研究開発に活かしていただければ幸甚です。

目次

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1．「仕事」と「熱」の総量
1.1　概要
1.2　定圧の閉じた系
1.3　定常流動系
1.4　膨張仕事（絶対仕事）と工業仕事
1.5　非膨張仕事
演習問題
2．「仕事」と「熱」の内訳
2.1　概要
2.2　可逆プロセスにおける仕事と熱の識別
2.3　不可逆プロセスの仕事と熱
2.4　定温・定圧プロセスの最大非膨張仕事
2.5　定温・定圧プロセスにおける自発変化
演習問題
3．「状態量」の求め方
3.1　概要
3.2　標準生成エンタルピー
3.3　標準生成ギブス自由エネルギー
3.4　ギブス自由エネルギーの圧力依存性
3.5　化学ポテンシャル
3.6　フガシティーと活量
3.7　化学平衡
3.8　相平衡
演習問題
4．エクセルギー（有効エネルギー）
4.1　概要
4.2　エクセルギーとギブス自由エネルギー
4.3　エクセルギー率100%のエネルギー
4.4　温度が一定の熱源のエクセルギー
4.5　閉じた系のエクセルギー
4.6　定常流動系のエクセルギー
4.7　燃料のエクセルギー
4.8　熱交換のエクセルギー損失
4.9　タービンとコンプレッサーのエクセルギー損失
4.10　ランキンサイクルとブレイトンサイクルのエクセルギー
4.11　冷凍サイクルのエクセルギー
4.12　エクセルギーから見た火力発電の効率の変遷
演習問題
5．電池
5.1　概要
5.2　電池の電位差
5.3　標準電極電位
5.4　ネルンストの式
演習問題
6．エネルギー問題と熱力学
演習問題
引用・参考文献
演習問題解答
あとがき
索引

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