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電気と化学―電池と豆電球のつなぎ方と電流・電圧の測り方―

https://a.yamagata-u.ac.jp/amenity/~host/yz/c1/Education/EChem.asp 講義ノート


水を電気を使わらずに酸素と水素に分解するとしたら、どのような方法が考えられるか?またそのときどのような課題を解決しなければならないか?

電気用図記号と回路図

図面の書きかた

回路計・オシロスコープの基礎知識

電流

回路計・オシロスコープの基礎知識

回路計の選び方。アナログ式回路計とディジタル式回路計があります。 入力インピーダンスはできるだけ高いものをを選びましょう。 ディジタル式回路計の例です。電圧、電流、電気抵抗、周波数などが測定できます。 電流計として使うときは、回路に直列に挿入して使うのが原則ですが、 初心者が回路に並列に入れて破損してしまうことが多いせいか、低価格帯のディジタル式回路計では電流測定機能のついていないものもありますので、購入時は注意しましょう。

ディジタル式回路計の例
(出典:エー・アンド・デイ)
デジタルマルチメーター 電気のまめ知識(電気の用語集)
回路計で測れる物理量
物理量 単位 備考
電圧 V V 乾電池の開回路電圧は1.65V。 乾電池の公称電圧は1.5V。 水の理論分解電圧は1.23V。
電流 I A 豆電球の電流は 0.5A。 ぽちっと光ったLEDの電流は1mA。
電気抵抗 R Ω

コイン電池 を作って、そのの電圧を測ってみよう。

コイン電池
ピカッとさいえんす 「 宇宙へ行った電池 」

山下省蔵, 工業技術基礎 ,実教出版 , 直流・交流回路の基礎知識 , p.111, (2013).

時間とともに向きと大きさが変わる電流を交流といいます。交流の大きさを表す方法にはピークトゥピークや実効値があります。 回路計に表示される交流電圧は実効値です。

交流の大きさ

コンセントの電圧を測ってみよう

電気回路に出てくる受動素子の種類は電気抵抗(レジスタンス)、静電容量(キャパシタンス)、インダクタンスの三種類しかありません。 これらを組み合わせた交流の流れにくさを複素数で表したのがインピーダンスです。

オシロスコープで交流の振幅や位相角を測定します。 信号の電位の基準を示すシグナルグラウンドと安全のためのアースは違います。ノイズの原因となるのでそれらを不用意に接続してはいけません。

交流インピーダンス法による電池やキャパシタの評価
オシロスコープ の例
出典:テクトロニクス
keisan:正弦波 ピカッとさいえんす

直流・交流回路の基礎知識

その回路図をみたとたん、斉藤は顔をそむけた。

「オレ、電気回路って苦手なんだよな」

そんな斉藤をたしなめながら、鈴木がひとつひとつ丁寧に回路図を説明してゆく。

「どこで苦手意識を刷り込まれたんだかしらんけどな、電気回路の記号とか化学式とかって文字といっしょで、コミニュケーションツールだよ。 便利さを実感するまで、もうちょい辛抱してつきあえや。慣れだよ、慣れ。 」

斉藤はめんどくさそうに鈴木の言葉に耳を傾ける。

「この線は、導線。電気の流れる道路だ。必ず一周してもとに戻る。だから回る路と書いて回路だ。途中で途切れることはない。・・・」

電池、スイッチ、豆電球を銅線で接続した図を実体配線図といいます。このように電流が流れる道筋を電気回路または回路と言います。 実体配線図を電気用図記号で表したものを回路図といいます。 電気用図記号はJISに定められています。

電池の記号は電池(セル)を図案化したものです。電解実験では槽電圧と通電電流を測定しましょう。

回路図の例
回路図の例 (©2015  小野寺伸也 ,C1 Lab.

直列につないだ合成抵抗はそれぞれの抵抗の代数和になります。 キルヒホッフの法則では、起電力の和は電圧降下の和になります。

電気抵抗の概念図 ( ©2016  赤間未行 ,C1 Lab.
交流インピーダンス法による電池やキャパシタの評価
  1. 山下省蔵, 工業技術基礎 , 実教出版 , 直流・交流回路の基礎知識 , p.111, (2013).

物理量

化学実習の基本操作の基礎知識

廃液は保存します。

発展: エネルギー変換化学特論 交流インピーダンス法による電池やキャパシタの評価
次回:セルの組立―電池式の書き方と電極の呼び方―
©2017 Kazuhiro Tachibana

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山形大学 准教授

伊藤智博

山形大学 大学院 理工学研究科
C1ラボラトリー
992-8510 山形県 米沢市
城南4丁目3-16
3号館(物質化学工学科棟) 3-3301
Tel: 0238-26-3753
URL: http://c1.yz.yamagata-u.ac.jp/

QRコード
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