④エネルギー化学

50/30時間（2単位、15回） 2026/04/28 頃

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講義ノート

キカイダーには良心回路が装備されていたというが、どんな回路だったのだろうか？

工場のユーティリティ

表 1 . 工場のユーティリティ（用役）

大分類	小分類	資源	用途

用水	海水	🏞 海水	火力発電所の冷却
	淡水	🏞 河川水や 🏞 地下水	冷却、洗浄
	純水	河川水や地下水	ボイラー ^1 )
超純水	河川水や地下水	ボイラー、半導体洗浄
燃料	重油、天然ガス	加熱炉、ボイラー、自家発電、非常動力
蒸気	河川水や地下水	加熱、蒸気タービン駆動
電力	商用電力、太陽光	動力、照明、自動制御、コンピュータ通信
圧縮空気		🏞 空気	自動制御、調節弁

工場では、原料や材料のほか、触媒や溶剤、補助的な薬品なども使われます。またプラントを運転するために、用水、燃料、蒸気、電力、圧縮空気のような用役（ようえき）も必要です ^2

) 。

燃料（重油、ガス）、用水や蒸気を工場に供給するため、配管設備が必要です。

高度成長期に作られた工場では、設備の老朽化が進み、安全を脅かしています。工場ばかりでなく、水道管やガス管などの社会インフラの老朽化も問題になっています。

電気エネルギー

エネルギー〔 Wh(ワットアワー) 〕＝示強変数×示量変数

電気エネルギー（電力量）〔Wh〕＝電圧〔V〕× ◇電気量〔 Ah(アンペアアワー) 〕

電気エネルギー〔Wh〕＝電圧〔V〕× ◇電流〔 A(アンペア) 〕×時間〔h〕

電気エネルギー〔Wh〕＝電力〔 W(ワット) 〕×時間〔h〕

動力・電力・パワー〔W〕とエネルギー・電力量〔Wh〕は、絶対に間違わないようにしましょう。

⚡ 電気（ n F E, e Φ） ⚡ 電気エネルギー E センサー機器分析物性

✍ 232 使用電力量に対する燃料電池の水素の使用量を見積もろう

図 2 . デジタル式回路計（テスター）による電圧の測定の仕方
化学実験Ⅰ ④ ✍ 188 エネルギー化学 ① 化学・バイオ工学実験 ^3

)

回路計には、電圧計、電流計、抵抗計などの機能があります。

電池などの直流電圧(DCV)を測るときは、セレクタを直流電圧計にし、リードを確実に接続します。まずリードを短絡（ショート）して0Vを確認します。 0Vにならず、値がふらふらぶれるときは、リードが断線している恐れがあるので、リードを接続しなおすか、リードを交換します。感電しないように金属部分には触れないようにします。

コンセントなどの交流電圧(DCV)を測るときは、セレクタを交流電圧計にします。

⚖️ 電圧 ⚖️ 電流 👨‍🏫 回路計（テスター）の選び方、使い方

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？

スマートグリッドでの情報通信の流れ

広域送配電系統管理事業者

↕ 情報通信

送配電系統管理事業者

↕ 情報通信

電力供給事業者

↕ 情報通信

スマートメーター

↕ 情報通信

室内モニター（ＨＥＭＳ）

↕ 情報通信

家電類・ソーラーパネル

図 3 . スマートグリッドでの情報通信の流れ

供給側と需要側で、双方向通信で電力の流れを制御し、最適化できる送電網をスマートグリッドと言います。スマートグリッドでは、再生可能エネルギーなどの分散型発電を一体化して、電圧や周波数のばらつきの少ない高品質な電力を供給することを目指します。 ^4

)

電気用図記号と回路図

電気用図記号と回路図の書き方

電気回路図の記号は電気用図記号は JISで定められており、考えたところでもムダなので、読み書きを練習して慣れるしかありません。

電池、結線、スイッチ、電球、電気抵抗、コンデンサ、コイル、電圧計、電流計、検流計などは最低限覚えましょう。

電気用図記号と回路図の書き方

Z. ⑧おもな電気用図記号, ⑤
小林一也. 工業技術基礎 . 実教出版,2002-2-20 （参照 2021-5-18 ） .
Z. ⑨おもな構内電気設備の配線用図記号, ⑥
小林一也. 工業技術基礎 . 実教出版,2002-2-20 （参照 2021-5-18 ） .

電気用図記号

表 2 . 電気用図記号

名称	摘要	用途

抵抗器		電気抵抗 ^5 )
コンデンサ		静電容量
1次電池 2次電池
計器	アスタリスクは、種類を表す文字または図記号に置き換える。 A、V、Wなど。	回路計
半導体ダイオード
発光ダイオード		🚂 照明バックライト通信レーザープリンタ
pnpトランジスタ
npnトランジスタ
機器または装置		IC、LSI
オペアンプ		演算増幅器とも呼ばれる ^6 ) 。
NAND
モーター
発電機		構内電気設備の配線用記号と共通 JIS C 0303

JIS C 617

JIS C による ^7

)

✍ 73 電気用図記号や配線用図記号を描いてみよう

抵抗器のカラーコード

表 3 . 抵抗器のカラーコード

色名	数字	10のべき数	許容差（％）

黒	0	1
茶色	1	10	±1
赤	2	10²	±2
黄赤	3	10³	±0.05
黄	4	10⁴
緑	5	10⁵	±0.5
青	6	10⁶	±0.25
紫	7	10⁷	±0.1
灰色	8	10⁸
白	9	10⁹

JIS.C に定められた固定抵抗器の表示には、数字で表示する方法と色帯の組み合わせで表示する方法があります。 ^8

)

銅クーロメーターによる電気量の測定

電池式：アノード ( + ) Cu | Cu²⁺ | Cu ( - ) カソード

物質量n〔mol〕と電気量n〔C〕は比例します。これをファラデーの電気分解の法則と言います。比例定数はファラデー定数F＝96485.3415〔C/mol〕です。定義定数です。工業的には、ファラデー定数F＝26.801〔Ah/mol〕をよく使います。

電気の標準は電流で定義されます ^10

) 。

ファラデーの法則を使って電気量を測る装置をクーロメーターと言います ^11

) 。銀クーロメーター ^12

) 、 1936年のレイリー型電流天秤 ^13

) を経て、現在の電気基準になりました。産業界では、実用上、ツェナダイオード電圧標準器と標準抵抗器を標準としています。

銅クーロメータの実験の回路図を電気用図面を使って書いてみよう。

回路計・オシロスコープの基礎知識

事故と災害

表 4 . 事故と災害



危険性物質・有害物質 ^14 )	プラントの破損は、火災、爆発、流出と言った重大事故を起こします。定期的に設備を巡視、点検して安全な液位を守りましょう。計測・制御システムの誤報かどうかは、現場で確認しましょう。
酸素欠乏
感電	直ちにスイッチや電源を切り、感電源から引き離す。電気を止められない場合には救助者が感電しないよう、絶縁体（乾いた棒やゴム手袋、布など）を介して感電源から引き離す。 ^15 ) ^16 )

事故は、正常な状態から外れた望ましくない出来事です。事故によって人やモノに損害が生じた場合、災害といいます。産業活動での災害は労働災害と言われます。労働災害には、通勤途中の交通事故も含まれます ^17

) 。

^18

)

顧客が工業製品による使用しているにも事故の危険があります。また製品による食中毒も事故です。

図デジタルマルチメータの使い方（検索）

電流

回路計・オシロスコープの基礎知識

表 5 . 回路計・オシロスコープ

装置	アナログ式	デジタル式

回路計	電圧`V`、電流`I`、抵抗`R`を測定できる。対象にテスト棒（プローブ）を接触させる。量は指針の角度（長さ）に変換される。目盛板があり、指針から値を読み取る。	目盛りは数字で表示される（指示値）。量はＡＤ変換によりデジタル情報に変換される。仕様で、入力インピーダンス、レンジ、桁数、分解能、測定精度、確度などを確認すること * 。
オシロスコープ	ブラウン管に波形を表示	液晶ディスプレイなどに波形を表示

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 ^19

) 。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。

感覚センサー ⚖️ 電圧 ⚖️ 電流 ⚖️ 電気抵抗

オシロスコープ

波形の観察、振幅や周波数の測定には、オシロスコープが便利です。リサージュの観察もできます。

デジタルオシロスコープには、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）が備わっており、波形を記録できます。ＸＹモードにすると、ＸＹレコーダかわりに使えます。

多機能デジタルオシロスコープでは、ファンクションジェネレータ、マルチメータ、スペクトルアナライザの機能が搭載されていて、ポテンショスタットさえあれば、インピーダンスの測定も可能です。

インピーダンスメーターと併用すると間違いがありません。

👨‍🏫 オシロスコープの選び方・使い方 👨‍🏫 信号発生器（ファンクションジェネレータ） ⚖️ 電圧

１１円電池

１１円電池電池を作って、そのの電圧を測ってみよう。

てのひらに、１０円と１円をのせれば、電気化学の三要素がそろって、電池になります。デジタル式回路計で、電圧を測定すると、０ではありません。これが電池の起電力です。電流が流れていないにもかかわらず電圧があるのです。電池では、電流と電圧が、そのまま比例しません。電池は単なる電気抵抗ではないのです。化学反応が電気を起こしているのです。１１円電池は、ガルバニ電池と言っていいでしょう。

セルの基本的な構成（１１円セル）

図 8 . セルの基本的な構成（１１円セル）

塩水に濡らしたろ紙に１円玉と１０円玉を置けば、電気化学の三要素が揃います。

回路計で測れる物理量

表 6 . 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。ダニエル電池の起電力は、1.1V 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。電流密度＝電流÷電極面積 $I = \frac{ⅆ Q}{ⅆ t}$
時間 `t`	s
電気量 `Q`	C	$Q = \int I ⅆ t$ 🖱 電気エネルギーは電気量×電圧
電気抵抗 `R`	Ω	$R = \frac{ⅆ V}{ⅆ I}$ , $V = R I$
静電容量 `C`	F ( ファラッド )	$C = \frac{ⅆ Q}{ⅆ V}$ , $V = \frac{1}{C} \int I ⅆ t$
インダクタンス `L`	H ( ヘンリー )	$L = \frac{V}{\frac{ⅆ I}{ⅆ t}}$ , $V = L \frac{ⅆ I}{ⅆ t}$

回路計は、電圧、電流、電気抵抗などを測定できます ^20

) 。

電気抵抗、静電容量、インダクタンスを実現する電子部品（回路素子）として抵抗器、コンデンサ（キャパシタ）、コイルがあります ^21

) 。

※数式 ※ 電気にまつわる量

たとえば、電気抵抗は、物体やデバイスの特性値ですが、抵抗率は、物質の量によらない物質固有の物性値です。

⚖️ 電圧 V〔V〕 ⚖️ 電流 I〔A〕 ⚖️ 電気抵抗 R〔Ω〕

電流と電気量

電流は、電気量の時間微分であり、電気量は、電流の時間積分です。

たとえば、電流をステップ関数で与えると、電気量はランプ関数になります。

回路計のスペック例

表 7 . 回路計のスペック例 ( Linkman LDM81B )

項目

測定方法	重積分ＡＤ変換
寸法	145×75×36（D×W×H）
重量	約185g（電池含む）
直流電圧(DCV)
入力抵抗、 10MΩ 、40MΩ
交流電圧(ACV)
入力抵抗、 10MΩ 、40MΩ
直流電流(DCA)
測定最大電圧降下、 1.2V、100mV
交流電流(ACA)
測定最大電圧降下、 1.2V 、100mV
抵抗(Ω)
解放回路電圧　200mV以下あらかじめ測定コードを短絡させ、down-lead時の抵抗を測ってください。測定時には、表示される値からdown-lead時の抵抗を引いて計算してください。それが正しい値になります。

ポテンショメーター

ポッゲンドルフの補償法で、被検電池の電圧を測定します。標準電池の電圧 E₀ を抵抗線の長さ l₀ に換算し、被検電池の電圧の抵抗線の長さ l との比から、被検電池の電圧 E を測定します。

米沢高等工業学校本館の電気・通信科展示室（教室）に電位差計があります。

鮫島実三郎. 物理化学実験法. 裳華房(1927初版),p.266
吉田卯三郎, 武居文助共著. 物理学実験. 三省堂(1940初版),p.215
田薫、原納淑郎、鈴木啓三. 応用物理化学II. 培風館(1985).p.191 ^22

)

電池の起電力を簡単に測るには、ディジタル回路計を使う方法があります。ただその場合、ディジタル回路計の入力インピーダンスによっては測定誤差が大きくなるので、電極電位を測定するには電位差計を使います。電位差計は原理的にもっとも正しいのですが、現在では電子回路を使って同等の性能を示すエレクトロメーターをうのが一般的です。エレクトロメーターは、ポテンショスタットの機能として実装されていることが多いです。