# 工学熱力学の学び方：教科書の選択からエネルギー収支まで — 学習ワークシート [学習ガイド](https://unireadinglist.com/ja/guides/thermodynamics/) [科目・テーマ: 工業熱力学](https://unireadinglist.com/ja/subjects/engineering/#course-thermodynamics) 出典確認日: 2026-11-03 学習順路・例題の編集責任：University Reading List編集プロジェクト。 大学で初めて工学熱力学を学ぶ人に向けて当サイトが執筆した学習ガイドです。学習順序と課題は編集上の提案であり、大学の指定課題や執筆者の授業経験を示すものではありません。章番号はÇengelの第10版International Student Edition、Moranの第9版、Yanの2022年公開教科書に対応します。異なる版で同じ番号とは限りません。週数を固定せず、各段階の到達基準を満たしてから進みます。 ## 出発点を選ぶ - [ ] 無料で基礎から始めたい Yanで系、物性、第一・第二法則を学びます。授業でランキン、ブレイトン、蒸気圧縮冷凍サイクルの詳しい計算に進むなら、それまでに指定の総合教科書を図書館などで確保しましょう。 - [ ] 授業でÇengelを指定されている まず指定版と課題に合わせます。概念が曖昧な箇所をYanで補い、授業の問題へ戻りましょう。別の市販教科書をすぐに買い足す必要はありません。 - [ ] 主教材を自分で選べる モデル、仮定、検算を文章にして解く習慣をつけたいならMoranを候補にします。総合教科書を二冊並行して通読するより、主教材の代替候補として選びましょう。 ## 三冊を比較する ### Introduction to Engineering Thermodynamics Claire Yu Yan · 2022 無料の基礎教材・概念の補修 選ぶ場面: 合法的に全文を読み、短い節と対話型練習で基礎を確かめたいとき。 別の教材が適する場面: 直近の課題が、この入門書の範囲を超えるランキン、ブレイトン、蒸気圧縮サイクルの詳細計算を要求するとき。 読む範囲: 第1〜3章で系と物性、第4〜5章でエネルギー収支、第6章でエントロピーと第二法則による制約を学びます。 限界と注意点: 全6章なので着手しやすい構成です。カルノーサイクルや冷凍機の概念は扱いますが、各種工学サイクルを詳しく計算する専用章はありません。 #### 選ぶ前に試す Yan 4.4の後、密閉剛体容器と蓄熱を無視できるヒーターを囲む境界を描きます。電気入力6 kJ、外への熱損失1 kJを記し、計算前に収支式を書きます。 確認すること: ΔU=5 kJになることを確認します。移動壁の仕事がゼロでも電気仕事はゼロではありません。符号規約と蓄熱する対象を示します。 自分のメモ: ________________________________ [公式の無料教材](https://pressbooks.bccampus.ca/thermo1/) [書誌情報と入手方法](https://unireadinglist.com/ja/subjects/engineering/introduction-to-engineering-thermodynamics-yan/) ### 熱力学：工学的アプローチ Yunus A. Cengel; Michael A. Boles; Mehmet Kanoglu · 10 (International Student Edition, Print) · 2024 応用範囲の広い授業用主教材 選ぶ場面: 授業が第10版を指定する場合、または基本の収支から複数の工学サイクルまで扱う場合。 別の教材が適する場面: 無料の入門経路だけが必要な場合や、別の総合教科書を主教材に決めている場合。 読む範囲: 初回は第1〜5章、その後第6〜8章。最初のサイクル課題は第10・11・12章から一つを選び、ほかの専門的話題は後回しにします。 限界と注意点: 後の学習にも使える広さがある一方、初回の全章通読は非効率です。この版はエントロピーとその解析を第7・8章に分けているため、旧版の参照番号を確認してください。 #### 選ぶ前に試す 上記のÇengelのサイクル章を一つ選び、構成要素と状態点を図示します。各状態で物性表を使う前に確定すべき二つの物性を挙げ、数値は推測しません。 確認すること: 飽和状態と単相状態を区別し、必要な表や関係式を指定します。図より物性選択で止まるなら、先に物性の章へ戻ります。 自分のメモ: ________________________________ ISBN: 9781266152115 [書誌情報と入手方法](https://unireadinglist.com/ja/subjects/engineering/thermodynamics-an-engineering-approach/) ### Fundamentals of Engineering Thermodynamics（工学熱力学の基礎） Michael J. Moran; Howard N. Shapiro; Daisie D. Boettner; Margaret B. Bailey · 9 · 2018 解法を整理するための別の主教材候補 選ぶ場面: 物理モデル、仮定、解答の確認事項を紙に明記すると理解しやすいとき。 別の教材が適する場面: 別の指定書の問題を提出する必要があり、問題番号や物性データの対応を取る余裕がないとき。 読む範囲: 基礎は第1〜4章、第二法則とエントロピーは第5〜6章、サイクルは第8・9・10章から選びます。 限界と注意点: 解法の整理に向く構成ですが、閉じた系のエネルギーを物性の主章より先に学ぶなど順序が異なります。出版社の目次PDFは試読資料であり、無料の全巻ではありません。 #### 選ぶ前に試す Moranの基礎範囲で同じ容器問題をモデル用紙にまとめます。系、仮定、移動矢印、支配式、検算を記入します。 確認すること: 他の読者が符号規約から5 kJを再現でき、無視した蓄熱・移動の項には理由があります。説明なしに項を消してはいけません。 自分のメモ: ________________________________ ISBN: 9781119391388 [書誌情報と入手方法](https://unireadinglist.com/ja/subjects/engineering/fundamentals-engineering-thermodynamics/) ## 準備を確認する ### 2 kWのヒーターを90秒使うと、供給エネルギーはいくらですか。 自分のメモ: ________________________________ ### 密閉された剛体タンクなら、熱も仕事もゼロですか。 自分のメモ: ________________________________ ### 熱力学の温度比には常に摂氏を使えますか。 自分のメモ: ________________________________ ## 成果物を作る六つの段階 - [ ] 1. 式を選ぶ前に系を描く 読む範囲: Çengel第10版：第1〜2章。Moran第9版：第1〜2章。Yan：第1章。 作るもの: 密閉タンクと定常タービンを描き、質量・熱・仕事の矢印を記入します。2 kWを90秒使ったときのエネルギーも求めます。 確認すること: 各境界を何が通過できるか説明し、動力とエネルギーを混同せず180 kJを求められる。 自分のメモ: ________________________________ - [ ] 2. 状態と物性の一覧を作る 読む範囲: Çengel第10版：第3章。Moran第9版：第3章。Yan：第2〜3章。 作るもの: 主教材から三つの状態を選び、相、独立な二つの状態量、使う表またはモデル、u・h・vの単位を表にします。 確認すること: 飽和温度と飽和圧力だけでは二相混合物の乾き度を決められない理由を説明できる。理想気体の式を使う前にその仮定を正当化できる。 自分のメモ: ________________________________ - [ ] 3. 閉じた系のエネルギー収支を完成させる 読む範囲: Çengel第10版：第4章。Moran第9版：第2章。Yan：第4章。 作るもの: 下の独自タンク問題を解きます。さらに、壁を可動ピストンに置き換えた場合に必要になる境界仕事の項を挙げます。 確認すること: 蓄積エネルギー80 kJ、最終温度355.7 Kを求め、剛体壁でも電気仕事が残る理由を説明できる。 自分のメモ: ________________________________ - [ ] 4. 定常装置を通るエネルギーを追う 読む範囲: Çengel第10版：第5章。Moran第9版：第4章。Yan：第5章。 作るもの: 断熱・定常のタービンで質量流量1.5 kg/s、入口比エンタルピー3200 kJ/kg、出口2600 kJ/kgとします。運動・位置エネルギー変化を無視し、軸動力を求めます。 確認すること: 出力900 kWを求められる。仮定を挙げ、エンタルピーに流動仕事が含まれるためpv項の追加は二重計上になると説明できる。 自分のメモ: ________________________________ - [ ] 5. 第二法則で実現可能性を調べる 読む範囲: Çengel第10版：第6〜8章。Moran第9版：第5〜6章。Yan：第6章。 作るもの: 600 Kと300 Kの熱源とだけ熱交換し、効率60%を主張する熱機関を検討します。採否と理由を書きます。 確認すること: 可逆機関の上限1 − 300/600 = 50%を超えるため不可能と判断できる。エネルギー保存だけでは実現可能性を示せないと説明できる。 自分のメモ: ________________________________ - [ ] 6. 一つのサイクルを通して計算する 読む範囲: Çengel第10版：第10・11・12章から選択。Moran第9版：第8・9・10章から選択。Yanで基礎を復習し、詳細な工学サイクルには総合教科書を使います。 作るもの: 選んだ教科書から動力または冷凍サイクルを一つ選び、状態表、各装置の収支、効率またはCOPをまとめます。同じ物性資料を使い、運転条件を一つ変えて計算します。 確認すること: 効率やCOPの分母を定義し、エネルギー収支と第二法則の制約を確認できる。理想化による限界を説明し、一つを完成させてから次へ進む。 自分のメモ: ________________________________ ## 解答付きの例題: 独自の計算例：密閉剛体タンクへの電気入力 剛体タンクに初期温度300 Kの空気が2.00 kg入っています。内部の電熱器に配線から100 kJを供給する間に、室内へ20 kJの熱が逃げました。最後に一様になった空気の温度を求めます。 前提: 系は空気と、エネルギー蓄積を無視できる電熱器です。質量の出入りはありません。タンク壁の蓄熱、運動・位置エネルギー変化は無視します。空気は理想気体とし、この問題で与える一定のcv = 0.718 kJ/(kg·K)を使います。系への熱を正、系が外へする仕事を正とします。 自分のメモ: ________________________________ ## 前提を変えて考える: 容器壁にもエネルギーが蓄えられる場合 元の空気2.00 kg、初温300 K、電気入力100 kJ、外部損失20 kJを維持します。境界を空気、蓄熱を無視するヒーター、容器壁全体に変更します。壁は300 Kから始まり、一定熱容量0.500 kJ/Kをもち、最後に空気と同温になります。cv=0.718 kJ/(kg·K)と他の理想化は維持します。 自分のメモ: ________________________________ ## 次に進む前に - 初見の閉じた系と定常流の問題で、境界、物性モデルの根拠、単位、独立した検算を示して解く。 - 解答を見ずにタンク問題を再現し、熱損失を変えた影響を計算前に予測・説明する。 - 一つのサイクルの仮定と次に必要な学習項目を一ページにまとめる。到達基準を満たせない段階に戻り、重複する教科書の購入を解決策にしない。 ## 解答と解釈 ### 2 kWのヒーターを90秒使うと、供給エネルギーはいくらですか。 180 kJです。1 kW = 1 kJ/sなので、時間を掛けます。過程全体の収支はエネルギー、定常装置の収支は通常その時間当たりの量を使います。kJとkWを同じ和に混ぜてはいけません。 ### 密閉された剛体タンクなら、熱も仕事もゼロですか。 違います。密閉は質量の出入りがないこと、剛体は体積変化による境界仕事がないこと、断熱は熱移動がないことを意味します。密閉剛体タンクにも電気仕事は入力できます。 ### 熱力学の温度比には常に摂氏を使えますか。 使えません。20 °Cの温度差は20 Kですが、カルノー限界の温度比には絶対温度を使います。300 K / 600 K = 0.5です。両温度から273.15を引いてから比を取ると意味が変わります。 ### 独自の計算例：密閉剛体タンクへの電気入力 1. 壁は動かないため体積変化による境界仕事はゼロです。ただし電気仕事は入力されるのでW = −100 kJ。熱は流出するためQ = −20 kJです。 2. 閉じた系の収支より、ΔU = Q − W = −20 − (−100) = 80 kJです。 3. 一定cvのモデルではΔU = m cv (T2 − T1)。熱容量は2.00 × 0.718 = 1.436 kJ/Kです。 4. したがってT2 − T1 = 80 kJ / (1.436 kJ/K) = 55.71 K、T2 = 300 + 55.71 = 355.71 Kとなります。 T2 ≈ 355.7 K（82.6 °C）。内部エネルギーの増加は電気入力100 kJの全量ではなく80 kJです。 結果を検証する: 熱損失ゼロなら同じモデルで369.6 Kです。355.7 Kは300 Kとその上限の間にあります。質量と体積が一定なのでp2/p1 = T2/T1 ≈ 1.186となり、圧力は上がります。熱損失を40 kJに変え、温度が下がると予測してから341.8 Kを確認しましょう。 ### 前提を変えて考える: 容器壁にもエネルギーが蓄えられる場合 1. 全体系の正味入力は依然80 kJです。空気と壁の間の内部熱交換は外側境界を通りません。 2. 総熱容量は2.00×0.718+0.500=1.936 kJ/K。ΔT=80/1.936≈41.322 K、T2≈341.322 Kです。 3. 空気の蓄熱は約59.339 kJ、壁は約20.661 kJで、合計80 kJです。全80 kJを空気だけに割り当てると変更前のモデルを解くことになります。 共通の終温は約341.3 K。外部との収支を変えず、壁の蓄熱を含めることで元の355.7 Kより低い予測になります。 結果を検証する: 壁の熱容量をゼロにすると元の結果に戻ります。同じ入力に正の熱容量を加えれば温度上昇は小さくなるはずです。実容器の安全性や製作を判断する課題ではなく、モデル仮定の検査です。 ## よくある誤り ### 剛体なら仕事はすべてゼロと思う 矢印に仕事の種類を書きます。体積一定で消えるのは境界仕事であり、電気仕事や軸仕事は別に数える必要があります。 ### 式を解いてから物性を選ぶ 表を選ぶ前に相を判定します。飽和二相混合物には乾き度などの追加情報が必要です。蒸気表を引く場面をすべて理想気体の式で置き換えることはできません。 ### 収支が合えば実現可能だと思う 実現不可能な熱機関でも第一法則の収支だけは合わせられます。第二法則を別に確認し、絶対温度の比にはケルビンを使います。 ## 出典と版の確認 - [McGraw Hill — tenth International Student Edition and contents](https://www.mheducation.co.uk/thermodynamics-an-engineering-approach-ise-9781266152115-emea-group) 出版社の情報で第10版ISE、ISBN 9781266152115、章構成を確認しました。©2024と発売日2023年1月30日が併記されています。教材の使い分けは当サイトの編集判断であり、授業での独立評価ではありません。 - [Wiley — ninth-edition frontmatter and contents](https://catalogimages.wiley.com/images/db/pdf/9781119391463.toc.pdf) Wileyの第9版の前付・目次で版、解法の構成、章の対応を確認しました。リンク先は出版社の試読PDFであり、市販書全体を無料公開しているという意味ではありません。 - [Claire Yu Yan / BCcampus — open textbook and publication details](https://pressbooks.bccampus.ca/thermo1/) 著者のBCcampus公開ページで2022年版、全文閲覧・ダウンロード、大学入門課程向けの範囲を確認しました。非営利条件を含むライセンスと閲覧可能性は区別し、本ガイドは原書へリンクして独自の問題を提供します。 - [Claire Yu Yan / BCcampus — complete table of contents](https://pressbooks.bccampus.ca/thermo1/table-of-contents/) 著者の目次が全6章の構成と詳細なサイクル学習の範囲を示しています。このページの六段階は当サイトの学習案であり、大学の公表シラバスや指定順序ではありません。 - [Claire Yu Yan / BCcampus — section 4.4, closed-system first law](https://pressbooks.bccampus.ca/thermo1/chapter/4-5-the-first-law-for-closed-system/) 第4.4節で閉じた系の基本収支と符号規約を確認しました。本ガイドのタンクの数値、計算、追加検算、学習順序は独自に作成し、原書の例題から転用していません。 提案する学習活動であり、公式の課題や全巻通読の主張ではありません。 [編集と選定の方法](https://unireadinglist.com/ja/editorial/)