HOME 教育状況公表 令和3年9月19日

エネルギーの種類と物質

山形大学  理工学研究科(工学系)  物質化学工学専攻  仁科辰夫・立花和宏

エネルギー化学特論 Web Class syllabus 56339 4-211 C1

前世紀において電気は何物ぞ、物質かエネルギーかという問題が流行した。電気窃取罪の鑑定人として物理学者が法廷に立った事もある。二十世紀の今日においては電気の疑問が電子に移った。電子は連続的のものでなくて粒から成り立っている。一電子の有する電気以下の少量の電気はどこにも得る事が出来ぬ。あらゆる電気はこの微粒の整数倍であるという事になった。それで電気を盗むのはこの電子の莫大な粒数を盗むのである。そこでその電子は物質かエネルギーか。

寺田寅彦, 物質とエネルギー より

今では、省エネだとか、再生可能エネルギーとか日常的にエネルギーという言葉が使われます。 しかし、人類が火を使い始めてっからエネルギーの考え方にたどりつくには、ずいぶんと時間がかかりました。 今からわずか150年ほど前の話です。 大学で専門科目を学んだからこそ、見えてくるエネルギーの本質について議論していきましょう。

 29  エネルギーの種類
示強変数示量変数物質量あたり粒子あたり
化学エネルギーGJ 化学ポテンシャル 物質量〔mol アボガドロ数
熱エネルギー Q 〔J 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

力学的エネルギー E 〔J圧力 p 〔Pa体積 V 〔m3理想気体のモル体積 x 〔L/mol
電気エネルギー E 〔J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
光エネルギー E 〔J 振動数 ν 〔Hzプランク定数 h 〔J・s
エネルギー化学 エネルギー化学特論

帆船の時代~時計の発明~

再生可能エネルギー・・・といっても風力しかなかったこの時代、精度のよい時計が発明されました。 そして加速度や力、仕事といった概念が確立されました。 ニュートン力学の誕生です。


産業革命~蒸気機関の発明~

人類は 石炭 を燃やして動力を得る方法を発見しました。 熱力学の誕生です。

Q = T S     (数式-1)

W = P V    (数式- 2 )


電気~電池と発電機の発明~

19世紀初頭、 人類は 電池 と発電機を発明し、化学反応や動力から電気エネルギーを得る方法を見つけました。 電磁気学の誕生です。

E = Q V     (3)


製鉄の温度と電子の発見

さらに強い兵器を求めて製鉄を始めます。融点は1500度。その 温度を光の から正確に測ろうとします。 量子力学の誕生です。

E = h ν     (*)

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黒体放射
©K.Tachibana
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/56307/_01/BlackBodyRadiation.asp

究極のエネルギー原子力。原子核物理学の誕生です。原子炉一基あたりの発電量はおよそ 1,000,000kW です。


禁断のエネルギー、原子力

E = m c2     (*)

究極のエネルギー原子力。原子核物理学の誕生です。原子炉一基あたりの発電量はおよそ 1,000,000kW です。

参考文献( 書籍雑誌URL )

エネルギーとは仕事をするのに使う「何か」です。仕事は力でモノを動かすことです。 力を入れてもモノが動かななければ仕事をしたことになりません。 仕事をしていないのだから、エネルギーも使わなかったことになります。

重いモノを持ってみます。もちろん、持ち上げるときは、持ち上げた分だけ動かしているのだから、仕事をしたことになります。 では、持ち上げ終わったあとはどうでしょう。 ただ手に持って動かさないのでは、いくら力を入れていても仕事をしたことにはなりません。 でも、思いモノを持ち続けると、疲れてきます。このときエネルギーは使っていないのでしょうか?

平常演習 Web Class

荷物をずっと持っていると疲れるのはなぜか?

回答

課外報告書 Web Class

電磁石は電流をずっと流し続けないと鉄を吸い寄せられないのはなぜか?

回答


蓄電・蓄エネをインフラに頼らない自エネ組。エネルギーマネジメントも自分たちで。

02. データ通信技術からスマートグリッドまで~ライフラインとしてのインターネット~


エネルギー化学特論
  1. エネルギーの種類と物質
  2. 電解工業と電気化学
  3. 電池の起電力と分解電圧
  4. 電気エネルギーと物質~電池の系譜~
  5. 電池の内部抵抗と過電圧
  6. 二次電池とキャパシタ
  7. リチウムイオン二次電池の構造
  8. セラミックス材料~正極活物質と導電助材の働き~
  9. 金属材料~負極活物質と集電体の働き~
  10. 有機材料~リチウム電池の電解液~
  11. 高分子材料~リチウム電池のバインダーやセパレータの働き~
  12. 化学工学とリチウム電池~分散・スラリーの作成と塗布乾燥~
  13. サイクリックボルタンメトリーによる電池やキャパシタの評価
  14. 交流インピーダンス法による電池やキャパシタの評価
  15. 電池やキャパシタのマネジメント~BMSやスマートグリッド~


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