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K.Tachibana
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C1 Lab.
電気エネルギー（電力量）〔Wh〕＝電圧〔V〕×
◇電気量〔
電気エネルギー〔Wh〕＝電圧〔V〕×
◇電流〔
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 物性身近な 工業製品を紹介しあいましょう。 そのなかから、ひとつ選んで、それにどんな 材料 が使われているか調べましょう。 使われる材料をひとつ選んで、その材料が 1キロワットアワーのエネルギーで、どれくらい作れるか調べてみましょう。 そして、その計算結果について議論してみましょう。
例えば、身近な工業製品としてアルミホイルを選んだとします。 それに使われる材料 はアルミニウムです。
「現代の電気化学」の表5.4によれば 1 ) 、アルミニウム１トン製造するのに13400キロワットアワーと書いてあります。 ということは、1キロワットアワーでは、75gということになります。75gは、アルミ缶にして５本分、一円玉にして75枚です。 焼肉にして半人前です。 つまり、1キロワットアワーのエネルギーは、アルミニウム換算にして焼肉半人前ということです。
アルミニウムは電気エネルギーの塊ですね！
もちろん、エネルギーには、電気エネルギーのほかにも、熱エネルギーや光エネルギーがあります。 電気が苦手と言う人は、電気エネルギー以外で計算してもかまいません。 でも、光エネルギーで生産される材料なんてあるのかな・・・？
ちなみに1キロワットアワーで、環境に排出される二酸化炭素は、電力だけで500g。 くわえて ホールエルー法では、 アルミニウム1gに対して、2.5gの二酸化炭素が排出されるから さらに190gが上乗せされて690g。75gのアルミニウムで690gの二酸化炭素を排出するなんて、 これはもう環境破壊の権化。
脱炭素社会へ向けて、 アルミニウムで作られる飛行機やめますか？新幹線やめますか？送電線もやめますか？ さあ、議論してみましょう。
| モノ | 価値 /円 | 質量 / g | 体積 / cm3 |
|---|---|---|---|
| （ 電気 ） | 31 | - | - |
| 二酸化炭素 | 廃棄物 （大気放出） | 500 | 254545 |
| アルミニウム ( 溶融塩電解 ) | 24 | 75 | 27 |
固体は 重量（トン）で価格を決めます。そのまま重量を測ることが多いです。 液体は体積（リットル）で価格を決めますが、 液位を測ると便利です。 気体は体積（ ノルマル立米）で価格を決めますが、ボンベの残量などは 圧力（気圧）を測ると便利です。
電気は目にも見えず触れることもできないので計器で測るしかありません。 電力量（キロワットアワー）を、モノや価格と紐づけてイメージしましょう。
ファラデー定数は、電気量とモノの架け橋。96500C/molまたは、27kAh/molです。
電力量はエネルギー、単位はワットアワー。電力はパワー、単位はワット。単位を意識すれば間違えません。 ちなみに 力はフォース、単位はニュートン。
電気エネルギー（電力量）〔Wh〕＝電圧〔V〕×
◇電気量〔
電気エネルギー〔Wh〕＝電圧〔V〕×
◇電流〔
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| プロセス |
アルミ ニウム 溶融塩電解 |
食塩電解
( ソーダ工業 ) |
銅 電解精錬 |
亜鉛 電解採取 |
|---|---|---|---|---|
| 🏞 原料 | 食塩（岩塩） | |||
| 製品 | 亜鉛 | |||
| 理論電気量 /kAh/t | 2980 | 670 | 844 | 820 |
| 理論分解電圧 /V | 4.17 | 2.2 | 0.1×10-3 | 2.0 |
| アノード 電流密度/A/m2 | ||||
| 単槽 電圧/V | ||||
| 電気量原単位 /kAh/t | 3350 | 910 | ||
| 電解電力 （ 電力原単位 ） /kWh/t | 13400 | 2200 | 284 | 3000 |
| 電流効率 | ||||
| 電圧効率 | ||||
| エネルギー効率 2 ) |
理論分解電圧とは、アノードとカソードの平衡電位の差であって、槽電圧（浴電圧）をこれ以下に切り下げることはできません 。
3 )| 分類 | 仕事率 / W | 重量出力密度 / W/kg | 応用例 |
|---|---|---|---|
| 人力 | ～50 | ～0.83 | ポンプ、巻き上げ機 |
| 牛 | |||
| 👨🏫 馬 | 746 = 1馬力 | 1.49 | 👨🏫 奈良時代 に国産化。 👨🏫 平安時代 に流通。 👨🏫 鎌倉時代 に主要戦力に。 |
| 水車 | |||
| 風車 | |||
| 蒸気機関 | 蒸気機関車 | ||
| ガソリンエンジン | 74570 = 100馬力 | 745.70 | ガソリン 🚗 自動車 |
| モーター | 10000 | 1000 | * |
動力〔W〕とエネルギー〔Wh〕は、絶対に間違わないようにしましょう。
流体輸送に必要な軸動力は、理論動力に摩擦などで消費される動力を加えたものです 4 ) 。 また撹拌に使われる流体単位体積あたりの動力は、撹拌動力密度と言われます。 * *
農耕には飼いやすい牛が、軍事や 交通には馬が使われた。
* 👨🏫 奥州市牛の博物館＠岩手県奥州市| エネルギー | 年 | 月 | |
|---|---|---|---|
| 電気 | 3911 kWh/年 | 326 kWh/月 | 326 kWh/月 |
| 都市ガス | 177 m3/年 | 15 m3/月 | 184 kWh/月 |
| ＬＰガス | 23 m3/年 | 2 m3/月 | 53 kWh/月 |
| 灯油 | 119 L/年 | 10 L/月 | 100 kWh/月 |
日本の世帯あたりの平均エネルギー消費量です。
| kWh、 J | 関係式 | 示強性変数 | 示量性変数 | 物質量あたり マクロ |
粒子あたり ミクロ |
|---|---|---|---|---|---|
| 🧪 化学 （ G ） ⚖️ | ⊿G=⊿H-T⊿S | 化学ポテンシャル | 物質量〔mol〕 | アボガドロ数
NA |
|
| 🔥 熱（ R T, kB T, ） |
🖱
Q=
TS
RT
|
温度 T 〔K〕 | エントロピー S 〔J/K〕 | 気体定数 R 〔J/K・mol〕 | ボルツマン定数 kB 〔J/K |
| 💪 力学 （ p V） ⚖️ E | 🖱 W= pV | 圧力 p 〔Pa〕 | 体積 V 〔m3〕 | 理想気体のモル体積 x 〔L/mol〕 | |
| ⚡ 電気（ n F E , e Φ） |
🖱
E=VQ
E=nFE
|
電圧 V 〔V〕 | 電気量 Q 〔C〕 | ファラデー定数 F 〔C/mol〕 | 電気素量 e 〔C〕 |
| 🌟 光（hν） | E=hν | 振動数 ν 〔Hz〕 | プランク定数 h 〔J・s〕 | ||
| ☢ 原子力 （m c2） |
エネルギーは、相互に エネルギー変換できます。 エネルギーは保存則でなくなりません。 気体の状態方程式 は、熱エネルギーと運動エネルギーの保存を表しています。
しかし、効率は１００％にはなりません。 有効な仕事として利用できるエネルギー（エクセルギー）の割合は減っていき、廃熱（アネルギー）の割合が増えていきます。 その意味で、熱エネルギーはエネルギーの廃棄物と言えます。
| 表現 | |
|---|---|
| ネルンストの式 |
|
| ファラデー電気分解の法則 |
|
ファラデー定数F は物質量あたりの、電気素量eは粒子あたりの、電気量Qを表現します。
96485 C/mol より 27 Ah/molが便利です。
⚡ 電気（ n F E , e Φ）ワークショップを楽しみましょう 5 ) 。 グループ人数は、5〜6名とします。 4名以下にならず、7名を超えないようにしてください。
初対面の場合は、自己紹介をしましょう。 雑談をして、アイスブレイクしましょう。
リーダー（司会進行）を決めてください。 そのほかのメンバーの 役割（記録係、資料作成係、プレゼンター（ 登壇者））を決めてください。
グループ名を決めてください。グループ名は任意です。メンバーの所属する組織の名前になります。 発表は、単著ではなく、共著となります。リーダーは、筆頭著者（ファーストオーサー）となります。
記録係は、試験答案用紙表面の最上部に、日付、授業科目名、グループ名を記入してください。 メンバーは、記録係に従い、役割、学籍番号、氏名を直筆署名してください。 その際、 筆頭著者を先頭に書き、登壇者の氏名の前には〇をつけてください。
討論を開始したら、記録係は討論の内容（議事）を試験答案用紙裏面に記録してください。
討論がまとまったら、資料作成係は、試験答案用紙表面に グラフィカルアブストラクト に表現してください。グラフィカルアブストラクトは文章ではなく、 図版で表現した内容の概要図です。 グラフィカルアブストラクトは、板書しやすいように作図してください。 図は独立した著作物とみなされます。 図を描いた人は、図の下部に著作権のクレジット表示（©2026,氏名）を直筆署名してください。
学生証を配置し、役割、学籍番号、氏名を直筆署名して 答案用紙全体をを撮影してください。 撮影の際は、図の著作者の許諾をとってください。 撮影した画像は平常の学習成果物として、期末の 成績評価申請書の 平常点の申請に使います。 画像がない場合、平常点の申請はできません。 演題、グループ名、共著者名がわかるように撮影し、各回ごとの復習として画像をWebClassにアップロードしておくと便利です。
登壇者は、プレゼンテーションのイメージをしましょう 6 ) 。 メラビアンの法則を意識して、 非言語表現も工夫しましょう 7 ) 。
グループ名が指名された後で、じゃんけんなどで登壇者を決めるのは、授業進行の妨げとなりますので、 必ず、討論前に 登壇者を決めてください。
記名だけして、討論に参加しない場合、不正行為として扱うことがありますので、必ず討論に参加してください。 自分から参加できなそうな人には、積極的に声がけをお願いします。
無作為抽出で指名します。 指名された方が所属するグループで決めた登壇者に、 プレゼンテーションしてもらいます 8 ) 。
プレゼンテーションは、必ずグラフィカルアブストラクトを板書しながら、行ってください。 無言でお尻を聴衆に向けたまま、板書だけする時間をとることは避けてください。
質疑応答の際も、無作為抽出で指名しますので、指名された方が所属するグループのプレゼンターが質問、コメント、アドバイスをしてください。 ディベートとしての反対意見は、大歓迎です。
*平常演習の配点は、授業1回ごとに、一律加点です。 平常演習には、ワークショップ、意見交換、発表、質疑応答など授業時間内の学習活動を含みます。 そのほかに授業時間外の0.5時間の学習活動を含みます。 平常点は、学期末に WebClass の 成績評価申請書 に申告していただき集計します。
授業時間外の活動の一助としてWebClassへの提出を推奨します。〆切は講義後１週間です。 ただし平常点の加点は、授業時間内の学習活動も含みます。 WebClass への提出のみでの、平常点の申告はご遠慮ください。
WebClass への平常演習提出は、推奨しますが、必須ではありません。 提出されていなくとも、 成績評価申請書 に、各回の授業時間以外の0.5時間の取り組みが申告されれば十分です。未提出だからと心配することはありません。
成績評価申請書 では、それぞれの授業で何を学び身につけたかを申告してもらいます。 WebClass に提出したかどうかより、身につけることを優先してください。 授業で取り上げたトピックや、グループワークの意見交換の内容は、期末までノート 9 ) などに記録しておくことを推奨します。 逆に授業に参加していないのに、WebClassの出席や提出だけの場合は不正行為として扱うことがあります。 平常の取り組みだけで、「到達目標を最低限達成している。成績区分：C」となります。 評点が60点に満たない場合は、不合格となります。 欠席した場合、課外報告書へ取り組むことで挽回してください。 出席が60%に満たない場合、課外報告書を提出しても、単位認定できません。
