第3章　専門4分野を専門的に読む

2027年度募集要項は固体物理学を専門4分野の一つに掲げ、公式問題例にも固体物理学の問題例があります。個別単元の出題比率は示されていません。

結晶では原子配置が周期的に繰り返されます。実空間の周期を逆格子で表すと、電子波や回折条件を波数の問題として扱えます。単位胞、基底、格子を区別し、図から並進ベクトルを読めることが出発点です。

孤立原子の離散準位は、多数の原子が周期的に並ぶと幅を持つエネルギー帯になります。フェルミ準位と禁制帯の位置関係から、金属・半導体・絶縁体の電気的性質を読みます。

分散関係を描き、群速度や有効質量に対応する式を書き、波数が小さい極限や温度が変わる場合を言葉で説明します。計算だけでなく、グラフの傾き・曲率が何を意味するかまで答えます。

2027年度募集要項は流動と伝熱を専門4分野の一つに掲げ、公式問題例にも対応する問題例があります。2027年度の装置形状や数値条件は公表されていません。

流路へ入る質量流量と出る質量流量の差は、内部にたまる質量になります。定常・非圧縮なら流路が細くなるほど平均速度が大きくなる関係が得られますが、密度変化や分岐があれば項を省略できません。

伝導は物質内部の温度勾配、対流は流体運動と表面の熱移動、放射は電磁波による交換です。熱交換器の式を使う前に、どの機構が支配的か、定常か、物性を一定と置けるかを確認します。

Reynolds数は慣性と粘性、Prandtl数は運動量と熱の拡散、Nusselt数は対流と純伝導の比として説明できるようにします。式だけでなく、値が大きいと何が優勢かを一文で書きます。

2027年度募集要項は反応工学を専門4分野の一つに掲げ、公式問題例にも反応工学の問題例があります。特定の反応器型や速度式が2027年度に出るとは公表されていません。

一次反応なら反応速度は濃度に比例し、比例定数が速度定数です。反応次数は化学反応式の係数から自動的に決まるとは限らず、実験や機構から定めます。単位を見れば速度定数の次元も確認できます。

回分反応器は時間変化、完全混合流通反応器は槽全体が出口濃度、管型反応器は流れ方向の変化を主に扱います。同じ速度式でも、混合の仮定が違えば転化率と必要体積の関係が変わります。

①反応と化学量論、②速度式、③反応器の収支、④温度・圧力・物性の条件、の順に箱を埋めます。最後に転化率が0から1の間か、体積や時間の符号が正かを確かめます。

2027年度募集要項は材料の力学を専門4分野の一つに掲げ、公式問題例にも対応する問題例があります。対象部材や支持条件は年度問題として公表されていません。

外力を受ける材料の内部では、それに釣り合う力が生じます。応力は単位面積当たりの内部力、ひずみは長さや角度の相対変化です。材料則は両者を結び、弾性範囲では荷重を除くと形が戻ります。

同じはりでも、片持ち、両端支持、固定端では反力と曲げモーメント分布が変わります。自由物体図を描き、力とモーメントの釣合いを解いてから、曲率とたわみへ進みます。

軸力、せん断力、曲げモーメント、ねじりの正方向を最初に小図で宣言します。途中で規約を変えず、最終的な変形方向と極限状態が直感に合うかを確認します。