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令和7年11月13日 (木)

👨‍🏫 ヒトはなぜモノを作らねばならないのか?-ひとりひとりの幸せを大切にするために-

山形大学  理工学研究科(工学系)  化学・バイオ工学科  🔋 C1 伊藤智博 📛 立花和宏

63/30時間(2単位、15回)


二酸化炭素濃度の推移

石炭 石油 " 産業革命 " 太平洋戦争 " 現在 165017001750180018501900195020002050600500400300200 年代 y / year 二酸化炭素濃度 C / ppm
  1 二酸化炭素濃度の推移
©2020 K.Tachibana * , C1 Lab. ,SST

2025年11月13日CO2 濃度は、 推定451ppm。 この100年間で、地球大気中の二酸化炭素濃度は1.4倍になった。 前史時代の二酸化炭素濃度は、280ppmでほぼ一定だった。 石炭 を使い始めた産業革命から指数的に増加を始めた。 石油を使い始めてからは指数項が加わった。

数式- 178

日本の 炭素強度は、580gCO2eq/kWh

今、地球がヤバい。 脱炭素社会 には 再生可能エネルギー の活用が必須。そのためには、 電気エネルギー備蓄 する電池が必須なのだ。


米沢市の最高気温の推移

  2 米沢市の最高気温の推移
©2023 K.Tachibana * , C1 Lab.

過去1万年、 地球の温度は15±1℃に保たれてきました。主な温暖化ガスとして、 CO2、CH4、フロンなどがあるが、排出量が桁違い多いCO2が原因物質とされています 1 )

気象庁のデータ によると 2018年8月23日(木) 昭和51年の観測開始から史上最高の37.7℃を観測しました。 * 山形地方気象台によると、2025年7月26日の最高気温は米沢38.4度と観測史上最高を記録しました。

容器

  1 容器
材料 用途 特徴 スケール
セラミックス 土器
甕(陶磁器) ろくろによる成型、焼成
木材 樽、桶 鋸、鉋による切削加工
鉄鋼 茶釜 レトルト釜 ステンレス槽 スチール缶 ガスボンベ
アルミニウム アルミ缶
ガラス びんガラス器具
プラスチック PETボトル
複合材料 FRPタンク 反応槽

気体や液体を保持するには 固体材料で成型された容器が必須です。


石油精製工業

  2 石油精製工業
説明 用途
ガス分 メタン、エタン、 水素 アンモニア合成 燃料電池
石油ガス( LPG C1~C4留分、沸点35℃以下
軽質ナフサ C5~C9留分、沸点150℃以下 溶媒 ガソリン 自動車エンジン燃料
重質ナフサ C8~C11留分、沸点180℃以下 接触改質(リホーミング) BTX ガソリン
灯油 C10~C14留分、沸点170℃~250℃ 水素化脱硫 灯油 ファンヒーター、航空機のジェット エンジンの c
軽油 C13~C18留分、沸点240℃~300℃ 軽油脱硫 軽油 ディーゼルエンジン 燃料
重質軽油 C17~C21留分、沸点300℃~350℃ 水素化脱硫 重油、硫黄 重油ブレンド原料
常圧残油 C22~留分、沸点350℃~ 減圧蒸留 溶剤抽出 潤滑油、 ろう アスファルト

石油は、日本では需給できません。 2 )

油田から採掘された原油は、タンクに備蓄されます。 精留塔分留し、ガソリンや灯油などの 燃料にします。 原油は植物の化石なので、 化石燃料と言われます。 燃焼したあとは、 二酸化炭素として大気中に排出されます。

石油製品中の硫黄は、装置の腐食、悪臭の発生、大気の汚染など悪影響をもたらす。 公害は、 四日市ぜんそくを引き起こした。 *

3 ) 👨‍🏫 四日市公害と環境未来館@三重県四日市 石油化学工業会 👨‍🏫 JPCA 石油化学工業協会 👨‍🏫 第二次産業革命(電気と石油) 🏞 石油

蒸留塔の理論段数

  3 蒸留塔の理論段数
© 2024 K.Tachibana * , C1 Lab.

原油の分留に使う 連続 蒸留 装置の理論段数は、階段作図(マッケーシーブ-シール法)で求めます 4 )


材料の変遷

軽金属 ガラス 繊維
  4 213 材料の変遷
© K.Tachibana * , C1 Lab.
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人類は、 産業革命で、さまざまな 材料を手にして飢餓から解放されるかわりに、劣悪な労働環境を受け入れました。 5 ) 同時に大気中の 二酸化炭素が増え始めました。


産業の世界史

  3 🗺 世界 の産業革命
時代区分 世相 🌍 ヨーロッパ 🌍中央アジア 🌍アフリカ 🌎アメリカ 🌏アジア
地質 6万年前 ホモサピエンスアフリカ出発
2万年前 氷河期
15000年前 農耕と定住
原始 BC.20000 ラスコー壁画
BC.3200シュメール 文字 *
BC.300 アラビア 数字 *
BC.1000 🔷 ローマ 🔷 イタリア半島
ローマ BC.500 🔷 仏教 エジプト 象形文字
メソポタミア 楔形文字
オルメカ文明
古代 の発明と漢字
中世
1455グーテンベルグの活字印刷(神聖ローマ)
宗教革命
1583年ガリレオ振り子の等時性 (*
1604年、ガリレイ(伊) 落体の法則を発見、地動説を発表。
🎵 純正律から平均律へ *
大航海の時代-地球球体説、地動説、羅針盤の改良、 木材加工-
近世
ガウス分布 =正規分布、ガウス(独)
1687 ◇ ニュートン (英)、万有引力の法則を 発見。 ニュートン、 微分積分学
近世 🔥 動力 💪
18世紀 熱素の否定
市民革命
1760 ワット(英)、 蒸気機関🚂を発明 (英) 🎵 🎵 ピアノ
1800ボルタ電堆(ボルタ、独)
1824 カルノー(仏) サイクル
1825 ステファンソン(英)蒸気機関車を実用化
1831ファラデー電磁誘導の法則(英) 発見
1831 モーターを発明。
Q = n F
💪 発電 1886ホール(米)エルー(仏)法
1877 オットー(独)、オットーサイクルを考案
1897 ディーゼル(独)、ディーゼルサイクルを考案
1877 蓄音機
日本の産業革命
( 鉄道、郵便、電話、生糸)
通信
1946 情報 エニアック ()
1948 物理 トランジスタ ()
1949年 PS版*
写真製版)
1948PCM通信 *
1957二重積分 * ADC * 👨‍🏫 1949年PS版(写真製版)

👨‍🏫 1950s 写真製版(PS版)、ADC 🗾 🌏
👨‍🏫 1970s 自動車・電子機器・原子力・ 公害 🗾 🌏
コンピュータ 1971 4004(4bit) *
1976 Z80(8bit,2.5MHz) *
1978 8086(16bit,5MHz) *
1964🇯 🇵日立製作所大型汎用 コンピュータを開発 ()
1982 PC9801
2015 👨‍🏫 SDGs 1999 ADSL(50.5Mbps)
2000 WiFi™ ()
2008 Google Chrome
1995 デジタルカメラ(🇯🇵日)
2018 NHK 4K8K放送開始
未来 2030 エネルギーミックス
2050 カーボンニュートラル
工業の歩み デジタル庁

7 ) 8 )

工業の絶滅史

  4 工業の絶滅史
西暦年 出来事
2012 白熱電球 生産終了 *
2014 日本軽金属 アルミニウム 撤退
2021 JX金属敦賀リサイクル 事業終了
2020 👨‍🏫 日立金属熊谷事業所 事業終了


土木と建築

  5 土木と建築
分野 構造物 特徴 材料
土木 トンネル橋梁ダム、河川、都市土木、鉄道、高速道路
建築 住宅、オフィス、マンション、商業施設、 工場、病院、学校 木材鉄筋コンクリート

日本では、江戸時代まで多くが木造建築でした。 明治時代になると レンガが多くなりました。 関東大震災で、 鉄筋コンクリートが多くなりました。

コンクリートの歴史 👨‍🏫 JIS.A―土木及び建築 一般・構造 👨‍🏫 橋の科学館@兵庫県神戸市 👨‍🏫 綱木川ダム@山形県米沢市

技術者と科学者

  6 技術者、技能者、科学者
人材 要求される能力 学問分野 目的 アウトプット
技術者(エンジニア) モノづくりのための 応用力構想力 工学部卒など
工学(エンジニアリング)
発明(インベンション)、 技術(エンジニアリング) 特許、実用新案、 工業製品
技能者(テクノロジスト) 技能 工業高等専門学校など
工学(エンジニアリング)、 👨‍🏫 芸術(アート)
技術(テクノロジー) 工芸品
技能者(テクニシャン) * 技能 技能訓練学校など 技能、職人技
研究者(リサーチャー) 根本原理の発見のための知識や姿勢 博士号取得
全般
発見(ディスカバー) 論文
科学者(サイエンティスト) 根本原理の発見のための知識や姿勢と、観察と実験による実証論的手技。 理学部卒など
自然科学 (サイエンス)
発見(ディスカバー) 論文

技術を担うもの (engineering practitioner)は、知識の応用と構想力を中核能力とするエンジニアengineer、技能を中核能力とするテクニシャン technician、両者の中間的性格をもつテクノロジストtechnologistの三つの職務に分類されます。ざっくり言えば、エンジニアは工学系の学士課程、テクノロジストは工業高等専門学校、テクニシャンは技能訓練学校の修了者です。 * STEAM教育とは Science(科学)、 Technology(技術)、Engineering(工学)、Art(芸術)、Mathematics(数学)のそれぞれの単語の頭文字をとったものです。 *

STEAM教育等の教科等横断的な学習の推進について

文部科学省では、STEM(Science, Technology, Engineering, Mathematics)に加え、 芸術、 文化、生活、経済、法律、政治、 倫理等 を含めた広い範囲でAを定義し、 各教科等での学習を実社会での問題発見・解決に生かしていくための教科等横断的な学習を推進しています。

STEAM教育等の教科等横断的な学習の推進について 👨‍🏫 職種

SDGs(エスディージーズ)

  5 SDGs since 2015
  1. 貧困をなくそう
  2. 👨‍🏫 飢餓をゼロに
  3. 全ての人に健康と福祉を
  4. 質の高い教育をみんなに
  5. ジェンダー平等を実現しよう
  6. 👨‍🏫 安全な水とトイレを世界中に
  7. 👨‍🏫 エネルギーをみんなに、そしてクリーンに
  8. 働きがいも経済成長も
  9. 👨‍🏫 産業と技術革新の基盤を作ろう
  10. 人や国の不平等をなくそう
  11. 住みつづけられる街づくりを
  12. 👨‍🏫 つくる責任 つかう責任
  13. 👨‍🏫 気候変動に具体的な対策を
  14. 👨‍🏫 海の豊かさを守ろう
  15. 陸の豊かさも守ろう
  16. 平和と公正をすべての人に
  17. パートナーシップで目標を達成しよう
*

飢餓(食料)、エネルギー(環境)、水資源、気候変動などに目標を掲げる SGDsは、各国の政府、自治体、非政府組織、非営利団体、民間企業、個人にも共通の目標だ 9 )

SDGs とは「Sustainable Development Goals(持続可能な開発目標)」の略称です。SDGs(エス・ディー・ジーズ)と読みます。

SDGs つくる責任 つかう責任

ヒトはなぜモノを作らねばならないのか?

工業製品

  7 工業製品
分類 項目 説明
金属工業 鉄鋼 鉄道レール、鉄骨
非鉄金属 銅線、サッシ
金属製品 ボルト、ナット
化学工業 化学製品 洗剤、 🚂 医薬品🚂 肥料
プラスチック製品
🚂 石油製品 🚂 灯油
ゴム製品 タイヤ
機械工業 機械 産業用ロボット
電化製品 🚂 冷蔵庫 、 🚂 テレビ
情報通信機器 📱 スマホ 、 💻 パソコン
電子部品 🚂 液晶パネル
輸送用機械 🚂 自動車
食品工業 🚂 加工食品、飲料 🚂 ビール カップラーメン
繊維工業 繊維🚂 衣服 🚂 シャツ 🚂 下着 🚂 靴下
その他の工業 窯業 ビン、 ガラス🚂 食器 レンガ
🏞 木材 椅子、 🚂 (テーブル) 🏞🚂 箪笥(たんす)
🚂 家具
パルプ トイレットペーパー
印刷業 マンガ本 🚂 🏞、 チラシ
🚂 かばん 革靴、皮財布
楽器・ 🚂 日用品 (JIS.S) 🚂 ピアノ 、ギター、 電池
建設・そのほか 住宅、ビル、塔、橋、 ダム

いかなる工業製品も サプライチェーンをさかのぼってゆけば、 最後は地球上の資源にたどり着く。 どこかの鉱山で掘られた石か、農業あるいは狩猟採取によって殺した生き物か、そんな 天然資源 から工業原料は出発する。

化学工業 で生産される工業製品は、計数できる物体ではなく、 計量できる 物質と言っていいだろう。

技術者は、5Mを意識し、 安全な製品を設計し、市場に供給しなければならない。

お化粧

顔料、染料

価値とお金。 アップル製品一斉値上げ 製品の値上げ?円の価値下げ(円安)

資源から廃棄物へ

枯渇する資源ではなく、再生可能な資源を使う
原料
材料
t、m3、m2、m…… 計量単位物質 :カセイソーダ、 セメント顔料ビール ナフサ、洗剤 )
素材
本、反……計量単位、計数単位(物質: 、線、箔)
部品
個、台、本……計数単位(物体:自動車)
  6 資源から廃棄物へ

工業製品には、 物体(object)として形や構造が役に立つものと、形や構造に関係なく 物質 (substance,material,matter)として役に立つものがあります。


測定の仕組みと尺度

  8 測定の仕組みと尺度
大分類 小分類
質的データ 1⃣ 名義尺度 整数 整数 名前、性別
2⃣ 順序尺度 (官能値、位相) 整数 整数 📆 日付、 帯電序列、イオン化傾向、 極性、 ランキング、満足度
量的データ 3⃣ 間隔尺度 (離散型、計数値) 整数 自然数、整数 年齢、金額、時刻
4⃣ 比例尺度 (連続型、物理量、 計量値、距離) 浮動小数点 実数、複素数 温度液位 、 身長、 体重組成電力電位、 インピーダンス

測定や計量とデータについて。 数値表現するために定めた規則、あるいはその規則で作られる目盛りを尺度と言います 10 )

比例尺度の の基準は 単位です 11 ) 12 ) 13 )

気温のような連続的なアナログ量は、数学では実数として取り扱います。 そのような実数を、数値データとして記録しようとすれば、 たとえ、人手で記録しようとしても有限桁の数字で表現するしかありません。 機械的にコンピュータに取り込もうとしても AD変換のビット深度で 確度が決まります。

データの集合を、データセット、データセットの関係がデータベースです。 集合の要素がおよそ30件を超えると、人の手に負えなくなり、コンピュータの助けが必要です。 ビッグデータは、 とくに大きなデータの集まりです。

量的なデータは、 平均値 や標準偏差を求めることができます。 しかし、あまりにデータが多いと、コンピュータといえども計算に時間がかかります。 無作為抽出 などを行い、抽出データから、 平均値 や標準偏差をを推定します。

*

どんな工業製品もいずれ廃棄物になり、エネルギーも廃熱となる。環境破壊をしてまで、ヒトはなぜモノを作らねばならないのかを論じなさい。

ジェネリック医薬品とバイオシミラー

若い人に多い1型糖尿病の処方としてはインスリン投与しかない。 1型糖尿病は自己免疫性と突発性に分類されるが、免疫が関与するせいか日本人では女性が男性の約2倍高率に発症する。 糖尿病の患者が使う遺伝子組み換え大腸菌から作る ヒト型インスリンにはバイオシミラーがある。


マッチとライダー

電子ライターの仕組み フリントライターの仕組み 回答

ロウソクの科学

すべてのものは、おそかれ早かれ、まちがいなく終わりにくるものではありますが、この 講演 の終わりにあたりまして、私がみなさんに申し上げることのできるすべては、皆さんが皆さんの時代がきたとき、一本の ロウソクにたとえられるのに ふさわしい人になっていただきたいということ、そしてまた、皆さんが、 ロウソク のように皆さんのまわりの人びとに対して光となって輝いていただきたいということ、皆さんのあらゆる活動の中で皆さんが、 皆さんとともに生きる 人類に対する義務を果たすことにおいて、皆さんの行為を光栄であり、かつ効果あらしめることによって、ロウソクの美を正当化していただきたいということの希望であります。

14 )

本書の内容は 1861年末 のクリスマス休暇に、ロンドンの王立研究所で催された連続6回の 講演 の記録である。 講演者は同研究所の教授マイケル=ファラデー、記録者はウィリアム=クルックスであった。



参考文献


無機工業化学

QRコード
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/53202/53202_15.asp
名称: 教育用公開ウェブサービス
URL: 🔗 https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/
管理運用 山形大学 学術情報基盤センター

🏫 学問の自由 は、心の自由。 大学では、精神は自由であらねばならない。(松木健三)
📆 20251028 明日からやろう!インピーダンス測定・解析
名称:C1ラボラトリー
URL:🔗 https://c1.yz.yamagata-u.ac.jp/
管理運用
山形大学 工学部 化学・バイオ工学科 応用化学・化学工学コース
C1ラボラトリー ( 伊藤智博立花和宏 ) @ 米沢

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