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数学で学ぶ化学工学11話
斎藤 恭一(著)
内容紹介
化学工学特有の数理的思考法のコツをユニークなイラストとともに初心者へ解説〔内容〕化学工学の考え方と数学/微分と積分/ラプラス変換/フラックス/収支式/スカラーとベクトル/1階常微分方程式/2階常微分方程式/偏微分方程式/他。
編集部から
【本の紹介】
「プレス技術 2008年12月号」で、
「・・・系統的かつ定量的な技術を生み出す化学工学にとって,重要で不可欠な武器である数学の習得を目的としている。・・・」と、ご紹介いただきました。
目次
第1話 化学工学の考え方と数学
ホモ(homo)vs ヘテロ(hetero)
平衡論(equilibrium)vs 速度論(non-equilibrium)
定常(steady)vs 非定常(unsteady)
バッチ(batch)vs フロー(flow)
固定層(fixed bed)vs 流動層(fluidized bed)
化学的(chemical)vs 機械的(mechanical)
不連続(discrete)vs 連続(continuous)
観察される(observed)反応速度 vs 真の(intrinsic)反応速度
巨視的(macroscopic)vs 微視的(microscopic)
決定論(deterministic)vs 統計論(stochastic)
モデル(model)vs 現実(real)
基 礎 編
第2話 微分と積分
図面の上と式の上での微分
微分の公式
図面の上と式の上での積分
積分の公式
微分方程式
偏微分と重積分
第3話 ラプラス変換
ラプラス変換の定義
微分のラプラス変換
指数関数のラプラス変換
双曲線関数のラプラス変換
ラプラス変換による微分方程式の解法
双曲線関数の公式の証明
第4話 フラックス
浴槽内のジワジワ熱流束
コーヒーカップ内のジワジワ質量流束
流体力学でのジワジワ運動量流束
もう一度,フラックス
第5話 収 支 式
バランスシート
微小区間
収支式(微分方程式)を立てる5つのステップ
物質収支の一般式(直角座標)
アナロジーの活用
第6話 スカラーとベクトル
スカラーとベクトル
物質収支式のベクトル表記
ジワジワ流束のベクトル表記
ドヤドヤ流束のベクトル表記
再び,物質収支式
応用編:直感的解法
第7話 1階常微分方程式 バッチとフロー反応器
胃袋反応器
胃袋での物質収支式
腸管反応器
腸での物質収支式
胃腸での初期条件と境界条件
1階の常微分方程式の解法
変数分離法による解法
半 減 期
第8話 2階常微分方程式 直角座標,フィン内の伝熱
「青海チベット鉄道」の熱棒のフィン
微分方程式をつくる手順
フィン内の境界条件
直感的解法によるフィン内温度分布の決定
ラプラス変換によるフィン内温度分布の決定
フィンの伝熱効率
第9話 2階常微分方程式 球座標,多孔性触媒内の拡散
触媒の担持
多孔性触媒の誕生
多孔性構造の記述
多孔性ビーズ内の入溜消出
変数変換
有効係数
第10話 2階常微分方程式 円柱座標,円管内の流速分布
円管には円柱座標
粘性の方向
この段階で直感的解法
外圧イコール壁での圧力
円管内の流量
微分方程式の分類
応用編:マニュアル解法
第11話 放物線型偏微分方程式 直角座標,額の熱さまし
偏微分こそが現実を語る
スイカもトマトも冷える
キュウリが冷える
ヒタイ(額)が冷える
初期条件と境界条件
偏微分方程式の解法
ラプラス変換による解
線図の利用
モデリング
演習問題解答
参考図書
あとがき
索 引