HOME 教育状況公表 令和4年1月25日

エネルギーの種類と物質

山形大学  工学部  化学・バイオ工学科  仁科辰夫


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。

  1 0.  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〕=TS 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〕=pV 🖱 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
00,01.エネルギー化学 01, 02. .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。

🔥 T-S線図

Q = T S     (数式-1)

100
🖱 体積と圧力の関係
©2021 K.Tachibana
01.エネルギー化学 💪 p-V線図

W = P V    (数式- 2 )

ガス

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)

100
🖱 電気量と電圧と静電容量の関係
©K.Tachibana
05.エネルギー化学 01.エネルギー化学特論 1224 V-Q線図
  電気エネルギー
モノ 電気エネルギー/ kWh
一日あたりの 11 *
スマホ 0.008
01.エネルギー変換特論 01.エネルギー化学

エネルギー(電力量・ワットアワー)と仕事率(ワット)は違います!


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     (*)

194
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。


振動数とエネルギー

317
楽譜の縦軸と横軸
©M.Sekiguchi

光と電磁波

  2 電磁波
大分類 小分類 周波数 波長 用途
長波
中波(MW) 📻ラジオ放送
短波(SW) 📻ラジオ放送
VHF 📺アナログテレビ放送
UHF 470MHzから710MHz ( 地上デジタル )、 700M~900MHz( 4Gプラチナバンド ) 0.42~0.63m 0.33~0.42m 📺テレビ放送、 📱スマホ
マイクロ波 1.5G~3.5GHz( 4G ) 、 2.4GHz/5GHz( WiFi ) 3.7GHz/4.5GHz( 5G) 28GHz(5G) 90G~300GHz( 6G) 0.99~3.33mm 電子レンジ、📱スマホ、 📶WiFi
赤外線 遠赤外線 0.2~74THz 4μm~1000μm 床暖房
近赤外線 1310nm,1550nm 光ケーブル
可視光 650nm (CD,DVD) 音楽記録 映像記録
405nm ( ブルーレイ ) ビデオ記録
紫外線
X線 ☢レントゲン
ガンマ線 ☢γナイフ
04.技術者倫理 02.情報処理概論 01.エネルギー変換特論 総務省電波利用 5Gプラン

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. はじめに
  2. エネルギーの種類と物質

    「椅子を高く持ち上げたときに消費するエネルギーは、椅子の位置エネルギーに時間をかけて求めることができる」はほんとうか??

  3. 電解工業と電気化学

    銅の電解精錬に使う電力は何のためか?それを節電するにはどうしたらいいか?注意すべき点は何か??

  4. 電池の起電力と分解電圧
  5. 電気エネルギーと物質~電池の系譜~
  6. 電池の内部抵抗と過電圧
  7. 二次電池とキャパシタ
  8. リチウムイオン二次電池の構造
  9. セラミックス材料~正極活物質と導電助材の働き~
  10. 金属材料~負極活物質と集電体の働き~
  11. 有機材料~リチウム電池の電解液~
  12. 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~
  13. 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~
  14. 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
  15. 交流インピーダンス法による電池やキャパシタの評価
  16. 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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https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/56307/56307_01.asp


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