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| 🧪 化学 | ⚡ 電力 | 💪 力学 | 🌟 光 | 🔥 熱 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 🧪 化学 （ G ） | 化学反応 状態変化 |
👨🏫
二酸化炭素センサー
湿度センサー
|
◇ 鉄砲 （ 火薬） | 👨🏫 化学発光 | 👨🏫 燃焼 バーナー ◇ 暖炉 ◇ 燃料 |
|
⚡電力
eV, FE |
◇ 蓄電池 （電解） | 変電、 インバータ |
👨🏫
モーター
2
)
🔊スピーカー |
◇ ＬＥＤ |
👨🏫
ヒーター
電気炉
Q=I2R |
| 💪 力学 （pV） | ◇ 高圧合成 |
👨🏫
発電機
🎤マイク |
リンク、カム | ◇応力発光 | 👨🏫 ヒートポンプ pV=nRT |
| 🌟 光（hν） | ◇ 光合成 銀塩写真 フォトレジスト |
👨🏫
太陽電池 イメージセンサー |
◇蛍光 | 👨🏫 ◇ 電子レンジ | |
| 🔥 熱（RT, kB T） | ◇ 加熱合成 | 👨🏫 熱電変換 温度センサー |
👨🏫
🚂
熱機関
pV=nRT |
◇
白熱電球
（ 黒体放射） |
米沢キャンパスだけで、 1500kWもの 電力を使っています。 太陽光発電で賄えるのは、 昼間の日光があるときで、せいぜい30kW。 再生可能エネルギー の太陽光だけでは、電気が全然足りません。
スマートグリッドでは、 センサーを使って電力を計測し、インターネットの通信を使って、発電量を制御します。気候に左右されやすい再生可能エネルギーでは、余剰電力を電池に蓄えます。
米沢キャンパスだけで、 1500kWもの 電力を使っています。 太陽光発電で賄えるのは、 昼間の日光があるときで、せいぜい30kW。 再生可能エネルギー の太陽光だけでは、電気が全然足りません。
スマートグリッドでは、 センサーを使って電力を計測し、 インターネットの通信を使って、 発電量を制御します。 気候 に左右されやすい再生可能エネルギーでは、余剰電力を 電池 に蓄えます。
XMLでデータ交換することもできます。
インターネット百葉箱®は教材のウチダが開発した IoT教材です。 全国の学校の 気温・湿度・気圧・天候を、 月、 日 単位で比較することができます。
| 世界 | 感覚 | 物理量 | 方式 | 用途 |
|---|---|---|---|---|
| 認知世界 | 視覚（目） | 光 | フォトダイオード | 長さ、 角度、形状、寸法、面積、体積、 色 、 文字 |
| 聴覚（耳） | 音 | マイク | ||
| 触覚（皮膚） | 温度 | サーミスタ * 、熱電対 | 温度計 | |
| 圧力 | 圧力センサー | 圧力計 | ||
| 嗅覚（鼻） | ガス | ガスセンサー | ||
| 味覚（舌） | 化学物質 濃度 | ｐＨセンサー | ||
| 固有受容覚（筋肉） 6 ) | 重さ | 電子天秤 7 ) 8 ) | 重量、質量 | |
| 前庭覚（三半規管） | 加速度センサー | |||
| 非認知世界 | 超音波 | チタン酸バリウム振動子 | ||
| 電気 | 電流センサー | 回路計 | ||
| 磁気 | ホール素子 | |||
| 赤外線 | 焦電型赤外線センサ |
具体的には、光や温度といった物理量を電気信号に変換します。 10 )
例えば、サーミスタの電気抵抗は温度によって変化するので、サーミスタにわずかな電流を流して、 その両端の電圧を ボルテージフォロアで出力すれば、 温度に比例した電圧が得られます。これを ＡＤ変換で 数値 にできます。
センサー センサーで 測定した 量 は、 ＡＤ変換で 数値 データとしてコンピュータで 演算、記憶、記録できます。
プロセスオートメーションでは、センサーで計測し、 コントローラで 制御し、アクチュエータで操作します。
化学の情報を電位で測定することで活用できます。 ＯＲＰ電極を使えば、消毒剤の酸化力もわかります。 ガラス電極を使えば、ｐＨがわかります。 基本になるのは、ネルンストの式やヘンダーソンの式。 基準電極をとして銀塩化銀電極を使います。 銀をアノード酸化して、銀塩化銀とし、電位の基準とします。
レセプター→トランスデューサー→メーター
レセプター→トランスデューサー→アンプ→メーター
レセプター→トランスデューサー→アンプ→ＡＤ変換→液晶ディスプレイ
ライブコンサートをライブ配信で楽しむことを考えてみましょう。
図 6 . 音声 から 通信回線 へ ライブの音声は、もともとは空気の圧力変化です。 この圧力の変化量をマイクを使って電圧の変化量に変えます。 このように量から量への変換をアナログ処理と言ったりします。 次に、電圧の変化量を数字にします。電圧と時間を数字にします。 この量を数字にする変換をアナログデジタル変換（ＡＤ変換）と言います。
この数字を通信回線を使って送ります。
図 7 . 通信回線 から 音声 へ 今度は数字を、電圧の変化量にします。数字を電圧と時間にします。 この数字を量にする変換をデジタルアナログ変換（ＤＡ変換）と言います。 そしてその電圧でスピーカーを駆動し、空気の圧力変化にします。 これで、視聴者がライブを聞けるわけです。
ここでマイクなどをセンサー、スピーカーなどをアクチュエータと言います。
13.情報処理概論 12.無機工業化学 8.工業概論
| 項目 | コンデンサマイク （エレクトレット） | ダイナミックマイク | ||
|---|---|---|---|---|
| 感音材料 | 誘電体（圧電体） （ セラミックス） | 磁性体（金属） | ||
| 原理 | コンデンサによる静電容量の変化を捕らえます。 | コイルによる起電力を捉えます。 | ||
| 用途 | スマホ、ＰＣ | スマートスピーカー | ||
| 歴史 | 昭和(戦後) | 平成（スマホ）、昭和（イヤホン） |
マイクは、空気の圧力を電圧に 変換する圧力センサー。
テレワークや電話に必須。
連続的な 量の大きさをいくつかの区間に区分し、各区間内を同一の値とみなすことを量子化と言う。 ・・・ 量子化誤差 が生じる。 量子化誤差は、実際の アナログ信号と変換時に丸められた近似的デジタル信号との差のことである。
11 )
第三次産業革命は、 デジタルコンピュータとＡＤ変換といっていいでしょう。 量を 測定し、 デジタルコンピュータで 記録可能なデータにするには、ＡＤ変換が必須です。ＡＤ変換の分解能は確度を支配します。
センサー で電圧に変換した光や音を、デジタル情報に変換します。 たとえばマイクで電圧に変換し、 ＡＤ変換で、デジタル情報にすれば、音声を ＣＤやフラッシュメモリにデジタル 記録 できます。
👨🏫 オシロスコープの選び方・使い方| 方式 | 特徴 | 製品例 |
|---|---|---|
| デコード | 消費電力が小さい | |
| ラダー | 線形性がよい | |
| スイッチング | 消費電力が少ない | スイッチングレギュレータ デジタルアンプ （ D級アンプ） |
| 項目 | デジタル | アナログ |
|---|---|---|
| 表現 |
00:34
|
|
| 装置例 |
デジタル時計 データロガー ファンクションジェネレータ |
アナログ時計 ペンレコーダ 発振器 |
| 特徴 |
数字（文字）
測定数値を正確に表現 |
量（
角度・長さ）
連続的で微妙な変化を一目で直感的に表現 |
| エラー・ミス | 読み違え、 桁間違い、単位間違い | ほぼなし |
| 精度 | 有限（桁数） | 無限 |
| 時間遅れ※1 | あり | なし |
| 媒体 間のコピー | 容易・高速 | |
| 順序※2 | あり | なし |
| 約束事 | あり | なし |
| 曖昧さ | なし | あり |
| 感覚 | 論理的 | 直感的 |
| 画像 |
|
|
| 音声 |
|
※1. 地上デジタル放送になって、テレビから時報が消えました。 それはデジタル情報には、時間遅れが必ず生じるからです。
※2. デジタルを送るには順序が必要です。エンディアンやバイトオーダーなどと言われます。 シリアライズと同等の概念です。 本質的には言語の線条化と同じ概念です。
| 種類 | 分類 | 言語 | 特徴 | |
|---|---|---|---|---|
| インタプリタ | Webアプリ | JavaScript | Webブラウザ上で動作（クライアントサイド） | |
| vb script(vbs,vba,asp) 12 ) | 1964 開発 キーボードとディスプレイが必要 | |||
| AI Webアプリ |
|
matplotlibで、 論文や プレゼンテーションのグラフ作成に。 ビッグデータ データサイエンス * 、 マテリアルズインフォマティクス *、ＡＩ | ||
| 教育 | Scratch | ビジュアルプログラミング | ||
| コンパイル | OS | C 14 ) | ポインタ、構造体が扱える。 センサーやアクチュエータを使った 制御。 | 汎用 | VB.NET | オブジェクト指向（多重継承なし） | 汎用 | Kotlin | アンドロイドアプリ向け |
| OS | C++ | オブジェクト指向 |
ファイルベースのシステムでは、コンパイラ言語は実行可能なファイルを生成し、 インタプリタ言語はそれを生成しないという違いがありました。 しかし、クラウドベースになって、実行ファイルそのものをクライアントにダウンロードしなくなり、 ジャストインコンパイルで実行結果だけを利用するようになると コンパイラ言語とインタプリタ言語の違いは、あまり本質的でなくなりました。
科学技術用の伝統的な言語としては、FORTRANがあります。 FORTRAN系列の言語としては、BASIC、pythonがあります。 統計用言語としてRがあります。
アルゴリズム重視の伝統的な言語としてALGOLがあります。 ALGOLは、Pascal, C, C++, C#,java, javascript, typescript, Kotlinと進化してきました。 juliaはCに迫る計算速度を誇ります。
サーバーサイドで使われてきたPerlや Ruby もクラウドで利用できるようになってきました。
人工知能で伝統的な言語Lispは、F#、 Schemeもクラウドで利用できるようになってきました。
人気 プログラミング言語 は、java script、そしてpython*と続きます。 *
電池の起電力―銀塩化銀電極とネルンストの式―の単元で 参照電極としての銀塩化銀電極について学んだ。
銀塩化銀電極は、心電図の測定の際の電極にも使われている。 銀塩化銀ペーストを使ったディスポーザブルタイプもある。
| 例 | 備考 | |
|---|---|---|
| 銀｜塩化銀電極 | AgCl + e- ↔ Ag + Cl- Eº = 0.2223V* | 温度、 Cl-濃度に依存 |
| 水銀｜塩化水銀電極 | Hg2Cl2 + 2e- ↔ 2Hg(l) + 2Cl- Eº = 0.26816V * | 温度、Cl-濃度に依存 |
| 水銀｜酸化水銀電極 | HgO + H2O + 2e- ↔ Hg(l) + 2OH- Eº = 0.0977V * | アルカリ用（アルカリ電池の研究、粘土分散液の研究）、温度、OH-濃度に依存 |
| 水銀｜硫酸水銀電極 | Hg2SO4 + 2e- ↔ 2Hg(l) + SO42- Eº = 0.613V * | 酸性用（鉛電池の研究、二酸化マンガンの電解合成の研究）、温度、SO42-濃度に依存 |
銀塩化銀電極の生体測定への応用例について調べて書きなさい。
ｐH電極の構成と測定原理について書きなさい。
ORP電極というのがある。酸化還元電位だけでは化学種は特定できない。科学的根拠を持って活用しよう。
酵素センサ、免疫センサに使われる電極と測定原理について書きなさい。
酸素センサ、ガス漏れセンサ、湿度センサに使われる電極と測定原理について書きなさい。
| エネルギー | 分析法 |
|---|---|
| 💪 力学 （pV） | ＭＳ、ＩＣＰ-ＭＳ、粘弾性測定 |
| ⚡ 電気（ nFE, eΦ） | ＣＶ （電気化学分析） 、ＥＩＳ、ポーラログラフィ、 ＳＥＭ、ＴＥＭ、ＥＤＳ（ＥＤＸ） |
| 🌟 光（hν） | ＦＴ-ＩＲ、ＡＡＳ、ＵＶ-ＶＩＳ、ＩＣＰ-ＡＥＳ（ＩＣＰ-ＯＥＳ） ＸＰＳ（ＥＳＣＡ）、 ＮＭＲ、ＥＳＲ，ＸＲＤ、Ｘ線ＣＴ、蛍光Ｘ線 オージェ分光、ラマン分光 |
| 🔥熱 | ＴＧ/ＤＴＡ、ＤＳＣ |
| 🧪化学 | 滴定、重量分析、ＬＣ、ＧＣ、ＧＣ－ＭＳ |
次回の エネルギー化学は 工業製品への応用２―乾電池・ディスプレイ―を勉強しましょう。
©2025 Kazuhiro Tachibana
このマークは本説明資料に掲載している引用箇所以外の著作物について付けられたものです。
銅めっき 米沢高等工業学校本館から 銀電量計を探してみよう。
アノードもカソードも銅だったら、理論分解電圧は何Vになるか？
