HOME 教育用公開ウェブサービス ROBINS

物質化学工学実験W

物質化学工学実験W (仮配属) Google+ files 53259 C1 C1 3-3308 9-300-3 3-3301 RiceField

配属調書に記入、署名の上、3部コピーを作成し、それぞれの教職員まで提出をお願いします。 化学英語Uでも取り上げますが、知的財産などの取り扱いのためご協力をお願いします。

  1. 準備
  2. ガイダンスとテスター(回路計)の使い方とメンテナンス
  3. 定電圧源(電圧リファレンス)とアッテネータ
  4. 定電圧源(電圧リファレンス)とボルテージフォロワー(Follower)
  5. 定電流源とカレントフォロア

緒言

C1物質化学工学実験W

準備

資材の調達をしなくてはなりません。 ホームセンター(コメリ、ムサシ)、百均(ダイソー、セリア)、スーパー(ヤマザワ、ベニマル、マックスバリュ)、コンビニ(ローソン、ファミマ、セブン)など。 モノタロウ、秋月電子、アズワン、など。 オリックスなど。

学生実験4の注文済みの部品です. この他に,REF02CPZ(analogdeveices)を20個も発注済みです.  1.【P-08984】バッテリースナップ(電池スナップ・Bスナップ) 縦型
 2.【R-03351】金属皮膜抵抗 1/4W100Ω (100本入)
 3.【P-00288】ブレッドボード・ジャンパーワイヤ 14種類×10本
 4.【P-01991】ブレッドボード EIC?1202B
 5.【B-03257】006Pアルカリ電池(積層電池) 9V ゴールデンパワー
 6.【I-06716】オペアンプ OP275GP

ポテンショガルバノスタットに使う部品

ご覧の環境では、object要素がサポートされていないようです。外部文書を別ウィンドウで開いてください

ガイダンスとテスター(回路計)の使い方とメンテナンス

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) 電気化学 電気用図記号と回路図

回路計の管理責任者の設定。 ホームセンター見学。 会計処理の流れについて コイン電池の作成と電圧の確認 電池の電圧の測定 豆電球の個数を横軸、縦軸に電池の電圧 内部抵抗の算出。 pH試験紙にクリップをつなぐ。 pH試験紙を湿らせる。 くりっぷに通電する。 ブレッドボード シャント抵抗を使った電圧計による電流の測定

ブレッドボード 1000〜2000円のキット(出典:サンハヤトHP)
ブレッドボードを使った回路

化学英語U報告とEAGLEによる回路図の作成とウェブ公開

定電圧源(電圧リファレンス)とアッテネータ

ブレットボードとICを使った電圧基準の作成、標準電池との比較、電圧降下の確認などを行います。

物事を客観的に表現するには、ある単位の何倍かを示します。 単位は人が決めます。 物理量ごとに単位があります。 電圧にも単位があります。昔は、 標準電池 が単位でした。 電池の起電力の単元で勉強した標準電池を覚えていますか? ウエストン電池と呼ばれることもあります。 その後、変遷を経て単位の基準は変わりましたが、今では電子回路を使って簡単に1Vを手に入れることができます。 一定の基準電圧を発生する仮想的な電源を定電圧源と言います。 では、基準電圧を生成するICを使って、実際に電圧を手に入れてみましょう。 基準電圧源のIC(REF02CPZ)は電源の極性を逆につなぐと一瞬で壊れます. 電源部分にダイオードを取り付けて保護してください.

部品リスト

表.一定電圧回路の記号と値・型番のリスト
記号 値 or 型番 メーカ
C1 0.1u
C2 0.1u
D1 1SS270A 日立
D2 1SS270A 日立
G2 9V型電池
G3 9V型電池
IC1 REF02CPZ アナログデバイセズ
R1 1k
R2 1k
TP1 測定点
TP2 測定点

回路の作成

下記の回路図を元に,一定圧回路を作成してください. 回路図の記号が分からないときは,工業技術基礎の巻末 Dページに,おもな電気用図記号を参考に調べてください.

一定圧回路の実験

失敗事例

  • ICの足がしっかり刺さってなくて動作しなかった.ICの足はしっかり差しましょう.
  • ICのピン番号を間違ってさしていた.ICのピン番号は数え間違えないようにしましょう.

一定の電圧を手に入れたら、次は抵抗を使って電圧を分割してみましょう。 一定の電圧を手に入れたら、次は抵抗を使って電圧を分割してみましょう。キルヒホフの法則を思い出しましょう。物理をとってなかった人はここで、物理の復習です。直列につないだ抵抗を流れる電流は等しいので、オームの法則より、その抵抗の両端の電圧は抵抗の比に比例します。つまり、たとえば、直列につないだ抵抗の値の比が1:2ならば、その中点の電圧は2/3になるということです。これは基準の電圧を抵抗の比で任意に分割できることを意味します。

電圧の分割の実験

化学英語U報告とEAGLEによる回路図の作成とウェブ公開

定電圧源(電圧リファレンス)とボルテージフォロワー(Follower)

ICを使って定電圧源を作ります。その電圧をボルテージフォロアを使って電流を取り出せるようにします。可変抵抗器をアッテネータとして使って、LEDの点灯電圧を確認します。

ボルテージフォロアはエレクトロメータとも呼ばれます。オペアンプに100%ネガティブフィードバックをかけることで、見掛けの入力インピーダンスを最大にします。 結果として入力電流が小さく、電圧降下による影響を少なくして電圧を測れるようになります。出力電流はオペアンプの電源から取り出すことになります。

準備

下記の表に定電圧源(電圧リファレンス)とボルテージフォロワー(Follower)で使用する主な部品リストおよび回路図上の記号との対応を示す. IC3のオペアンプのOP275GPは,データシートによるとオーディオ用に設計されている. オーディオ用であるがゆえに,ステレオでの使用に配慮して,OP275GPは,デュアルオペアンプのみが製造されているようである.

表.定電圧源(電圧リファレンス)とボルテージフォロワー(Follower)の主な部品リスト
記号 値 or 型番 メーカ・数量など
C3 0.1u
C4 0.1u
D3 1SS270A 日立
D4 1SS270A 日立
G4 9V型電池
G5 9V型電池
IC2 REF02CPZ アナログデバイセズ
IC3 OP275GP アナログデバイセズ
R3 1K
TP3 測定点

オペアンプの電源は,OP275GPのピンアサインまたはデータシートを見ながらV+に9Vの電源,V-に-9Vの電源を繋いでください. 動作確認は,ボルテージフォロワーの入力ピンと出力ピンの電圧がほぼ同じになれることを確認してください.

ボルテージフォロアの実験
ボルテージフォロアの実体配線図
,可変抵抗器→バリアブル電源? コイン起電力の測定ボルテージフォロワーによる電圧源の電圧降下の改善 【化学英語II】 報告と3D CADとウェブ公開

カレントフォロワー(電流計)と電流源(定電圧源+金属皮膜抵抗(1%))

下記のカレンフォロアとガルバノスタットの実験の回路を作成してください. この回路図では,電流が5mAに制御されて,一定の電流が流れるようになっています. 回路が出来上がったら,セル(G1)に100Ωの抵抗をつないで,電流が一定になっていることを確認してください. 次に,セル(G1)に,電池式 クリップ| 0.5M CuSO4aq | クリップの電解セルを接続してください. セルの作成手順は,物質化学工学実験IIの銅めっきを参考に作ってください. セルを接続するケーブル(1m)は,0.5sqの ダブルコード(赤,黒)にミノムシクリップを半田づけするなどして,作成してください. メッキされた重さを図り,実際に流れた電流をキャリブレーション(校正)してください.

カレンフォロアとガルバノスタットの実験
カレントフォロアの実体配線図(学生実験,シングルオペアンプ)

ガルバノスタットとエレクトロメーターを使うと クロノポテンショメトリーの実験ができます。

アルミニウムのアノード酸化
電池式 Al| 0.1M H2SO4aq | Al 電極間距離 5mm 電極面積 1cm2 です. ,銅クーロメーター銀ぺーすと(銀塩化銀インク)を使った銀塩化銀電極の作成 http://www.bas.co.jp/1612.html

インストルメンツアンプを使った電流計を取り付けよう

計装増幅器(インストルメンテーションアンプ)は、入力段のボルテージフォロワーによってインピーダンスが高く、さらに、後段の差動増幅器によってノイズをキャンセルして正しい電圧が測定できる。 この回路では、インストルメンテーションアンプとして、INA103KPを使う。
記号
BT1
BT2
C7 0.1u
C8 0.1u
D7 1SS270A
D8 1SS270A
G8 CELL
IC6 REF02CPZ
IC7 OP275GP
IC8 INA103KP
R5 1k
R6 10
TP5
TP6
カレンフォロアのフィードバックを使ったガルバノスタットに電流計を取り付けた回路

可変抵抗器(ポテンショメータ)による可変制御型ガルバノスタット

カレンフォロアとガルバノスタットに電流計を取り付けた回路

インストルメンツアンプの出力をフィードバックしたガルバノスタットの作成

下図に示すような回路を作成する.C17のコンデンサーは,フィードバック抵抗の発信防止に用いられ,セラミックコンデンサーを取り付ける. 静電容量の値は,チューニング段階であり,定まっていない. C17の静電容量は,小さい値であればあるほど,時定数τ=R17×C17に従って高速応答ができる. C17には,はじめは0.1 uFのセラミックコンデンサーをC17に用いて発信が停止することを確認して,徐々にその値を小さくして安定して動作する値を定めるのが望ましい. 本実験では時間の関係上,発信した場合は,0.1 uFのC17に接続して回路が安定して動作確認できたところまでを回路作成課題とする.

インストルメンツアンプの出力をフィードバックしたガルバノスタット回路
11月

電圧検出器とポテンショスタットの作成

3極式せるの作成 【輪講】ポテンショスタットの講義および3極式セル

下図に示すような回路を作成する. 動作の確認ではダミーセル(G10)として,1kΩの抵抗を繋いで確認をする.ダミーセルによる動作確認では,REFは,G10の+側に接続して,動作を確認する. G10のREFを接続したピンに対して,G10のグラウンド側(G10の+側)の電圧を測定して,R23で設定した電圧に,動作することを確認する.

ポテンショスタットの回路図

ウィーンブリッジ

7. 8. 【部品検索】 電圧基準 候補 AD586 DIP 5V±2mV ,最大36V(Supply) 45mA AD291 TO-92 4.096 V 〇REF02 (標準器っぽい<DIP) AD, MAXIM,TIから提供可能 AD, REF02CPZ http://jp.rs-online.com/web/p/voltage-references/5229076/ http://www.mouser.jp/ProductDetail/Analog-Devices/REF02CPZ/?qs=sGAEpiMZZMuBck1X%252b7j9fJ909qbP0fXHZVrvopOZUmE%3d LM336Z−5.0 (秋月電子),TO-92, 基準電圧5.0V 動作電圧 10V(データシート例),10mA 高精度抵抗0.1% 25ppm \120- 秋月電子 100, 1k, 10k OPアンプ候補 OP275 The output is capable of driving 600様oads to 10 V rms while maintaining low distortion. THD + Noise at 3 V rms is a low 0.0006% Input offset voltage is guaranteed at 1 mV and is typically less than 200 μV. 2回路 200円/個

情報処理概論の単元 3D-CADを使った分子模型作成 でやったとおり、 3Dプリンターを使って、CADデータを出力することができます。

3Dプリンターによる造形の様子
電気抵抗とコンデンサの並列接続の概念図 (©赤間未行

卒業研究でも活用できるといいですね。

文部科学省学位規則 では、博士論文の質を担保するという観点からその公表について規定しているが、 博士論文に限らず、教育研究成果の質を担保し、文化の発展に貢献する姿勢が身についていることは 山形大学の ディプロマ・ポリシー"や 工学部の ディプロマ・ポリシー にも規定されていることである。 それらの趣旨にのっとり、受講の成果物の質を担保し、教育研究成果の電子化及びオープンアクセスの推進の観点から電子形態で公表する。 (立体形状による表現を含んでいたり著作権などの知的財産権や個人情報に関する制約がある場合を除く) 公表の許諾は自らのアップロードをもって同意したとみなすので、許諾できない場合は個別に相談すること。 山形大学学部規則には、 前項の成績の評価は,試験,報告書,論文,平常の成績等によって行う。とあり、教育研究成果とはこれらに含まれる文化の発展に資する情報をさす。

誰が言ったかではなく、何が正しいか。

正しさの追求。 「教授が言ったから」「先輩が言ったから」「政治家が言ったから」・・・ 誰が言ったって間違いは間違い。何が正しいかを追求し続ける姿勢こそ研究のあるべきカタチ。

エコ研究のすすめ


QRコード
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/53259/53259.asp

Copyright ©1996-2018 Databese Amenity Laboratory of Virtual Research Institute,  Yamagata University All Rights Reserved.