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◇ 機能界面設計工学特論 Web Class 📆 3-3308
電線では、オームの法則は、「電圧〔V〕＝電流〔A〕×電気抵抗〔Ω〕」で、表されます。 だから、電線では、入口と出口の電圧差と電線の電気抵抗がわかれば、流れる電流がわかります。
電池や電解槽の中では、電位の高いところから、低いところに、電流が流れます。 それは、まるで高気圧から低気圧に風が吹くようです。 電池や電解槽の中では、オームの法則は、「電場強度（電界の強さ）〔V/m〕＝電流密度〔A/m2〕×抵抗率〔Ωm〕」で、表されます。 天気図で等圧線が混んでいるところは激しく風が吹くように、等電位線が混んでいるところは、電流密度が大きくなります。
電極は不均一混合物です。 電流密度や電界は複雑です。 固体粒子と固体粒子の接触は、点接触になるため、電流が集中します。 そこでは電流密度が大きくなり、集中抵抗が大きな 過電圧を生じます。 ひいては電池の内部抵抗の支配的な要因となり得ます。 よって、電極中の 電流密度や電界の分布 をイメージすることは、電池を設計する上で大切です。
たとえば、微分形の マクスウェルの方程式は、連立偏微分方程式だ。 出てくる物理量は、E は電場の強度、B は磁束密度、D は電束密度、H は磁場の強度、 ρ は電荷密度、j は電流密度だ。編微分をひとまとめにした演算は、ベクトル場の発散(div)と回転(rot)と呼ばれる。 エンジニアはマクスウェルの方程式を自分で編み出す必要はないし、自分で解く必要もない。 ソフトウエアの操作法を覚えて、コンピュータに計算させるだけでよい。
本講義では、界面・表面現象や光イメージングといった物理化学的な現象の工学分野における役割を学ぶ。そこでは、化粧品、医薬品および食品を開発する上で重要な、皮膚、毛髪および粘膜上で起こる界面現象から、電池やコンデンサなどのエネルギーデバイスを中心の機能を効率よく発現させるための界面設計、そして、粉体の分散・凝集に関する粉体表面の物性およびその測定法，さらに様々な表面処理方法等について論ずる。また、光学顕微鏡を用いた光イメージングについて、光学素子の役割、イメージの結像、光の回折限界と空間分解能などについて解説する。多重染色によりさまざまな物質を識別できる蛍光顕微鏡において重要となる蛍光色素および蛍光タンパク質などの蛍光プローブとその利用法について解説するとともに、レーザーマニピュレーション法や近年実用化されたナノメートルの空間分解能を持つ超解像蛍光顕微鏡等の応用例を紹介する。
本講義では、物質の有効活用の観点から、物質や生体が有する情報の取得・解析法に関する内容について解説する。そこでは、物質の分離法および機能発現に関するアプローチ他、呼吸，循環に関する生体情報の計測法や生体計測技術により運動中に得られた生体情報を応用生理学的解釈へ導くための解析法についても紹介する。また、工学分野で生産管理や品質管理で使用される分析機器について、ハードウェアおよびソフトウェア，AD変換などの計測技術について解説し、工場などで使われているライフサイクル管理システムにおける分析機器や分析化学の位置づけ，ラインモニタリング技術に対する理解を深める。小型・軽量化が進むセンサーやその周辺の電子回路，AD変換器，マイコン制御についても解説し，IoT(Internet of Things)やIoE(Internet of Everything)を目指した周辺技術など最近のトピックも紹介する。
