大学教育の質の保証・向上ならびに 電子化及びオープンアクセスの推進の観点から 学校教育法第百十三条に基づき、 教育研究活動の状況を公表しています。
第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
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A. 示強因子とは物質の量にかかわらず一定に保たれる性質を表す物理量のことで、示量因子とは物質の量に比例して変化する性質を表す物理量のことである。また、エントロピーとは原子的配列および運動状態の混沌性・不規則性の程度を表す量のことである。pV線図は力学的エネルギーを、ST線図は熱エネルギーを表すグラフである。エネルギーの輸送方法について、石炭や石油はタンカーやパイプライン、鉄道などを用いるが、電気エネルギーは電線で運ばれる。 グループワークでは送電に伴う電力ロスを計算した。市街地の電圧を6.6kV、自宅までの電線の距離を5kmとすると自宅までの抵抗は0.775Ωと計算できた。家電として電子レンジを選んだ。電子レンジの商品電力は1.40kWであり、エネルギー損失は42.07kWと計算できた。 事後学習では化学結合の種類と電気の流れやすさを学んだ。イオン結合は、固体の状態ではイオンが固定されているため電気を通さなない。金属結合は、自由電子が移動するため電気を通しやすい。共有結合は非金属原子間で電子を共有する結合であるため、一般的に電気を通さない。しかし、黒鉛のように共有結合を形成しながらも自由電子が存在し、電気を通すものもある。
A.①?③を以下に示す。 ①【講義の再話】 エネルギーとは以下の2つの積である。力、熱、電気エネルギーのグラフを例に挙げた。 示強因子 量によらず一定の値を示すもの。（グラフの縦軸）p、T、V（電圧）など 示量因子 量により、数値が変わるもの。（グラフの横軸） この二つの因子の積がエネルギーである。力、熱、電気エネルギーはそれぞれpV、T・ΔS、V（電圧）・Cである。 電力量（kWh）と電力（W）は区別しなければならない。前者は時間的な要素が入り、電気エネルギー（J）に変換できる。 送電用ケーブルには良導体（CuやAlなどの金属や合金）が使われる。機能というのは材料の物性とエネルギーが合わさってできるものであり、例として光物性や熱物性という言葉がある。物性の数値を物性値といい物質固有の値である。CuやAlはAuやAgに次いで電気抵抗がすくないため電気を送るのに適している。合金が扱われるのは電気抵抗が小さいためである。なお銅は重く、アルミは潮に弱い特性があるため、海の近くでは送電線に銅を使って地中に埋めるという工夫がなされることがあることが分かった。 グループ演習では送電線のエネルギー損失を調べた。 ②【発表の要旨】 演題 送電に伴う電力ロス グループ名 純アルミニウム 役割 責任著者 共著者 鈴木結惟、原野未優、高橋香桃花、三船歩美、大坂琉音、百々柚香 市街地の電圧 6600V、純アルミニウムの電気抵抗率 2.65×10＾－8Ω・ｍ 公称断面積 0.0001m^2、1km 1000m、1kmあたりの抵抗 0.265Ω/km、 1kmあたりの抵抗（カタログスペック） 配線までの長さ 5000m 、自宅までの抵抗 0.7285Ω、 IHコンロの消費電力 500w 電流 0.0758A、発熱 0.0015225946W 以上の値を式に代入すれば送電線のエネルギー損失を求めることができる。 ③【復習の内容】 トピック名 化学結合の種類と電気の流れやすさ 化学結合の種類にはイオン結合、共有結合、金属結合がある。電気の流れやすさについて、金属結合では電子が自由に動けるため電流が流れやすい。
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A. 固体の化学結合には、共有結合・イオン結合・金属結合の3種類がある。共有結合は非金属同士が電子を共有して形成され、ダイヤモンドやシリコンが代表例である。非常に強固だが自由電子が存在しないため、電気をほとんど通さない。イオン結合は金属と非金属の間で静電気的な引力によって形成され、塩化ナトリウムなどが該当する。固体状態では電気を通さないが、水に溶けるとイオンが動き電気を通す。 金属結合は金属原子同士が自由電子を共有することで形成され、銅やアルミニウムなどが代表的である。自由電子が金属内を移動できるため、金属は高い電気伝導性を持つ。これらの結合の違いは、物質の性質や用途に大きく影響する。 送電に伴う電力ロスの計算では、市街地の電圧6600V、銅の抵抗率、配線長さなどの条件から、配線の抵抗は約0.32Ω、自宅までの総抵抗は約0.92Ωと求められる。電流0.106Aに対する電圧降下は約0.10V、電力損失は約0.01Wと非常に小さい。1メートルあたりの発熱量も微小であり、送電効率と安全性は高いと評価できる。
A.①電力は瞬間的な強さである示強因子として、電気量は蓄積された量であり、示量因子として表される。電力量は電力が時間とともに積算されたもので、エネルギーの使用量の指標になっている。電気の機能は材料とエネルギーに支えられ、特に材料の物性値が重要である。物性値は、抵抗率など物質固有の数値で、合金は一般に抵抗率が高くなる。例えば銅は電気抵抗が低いが重いため使いにくく、アルミは軽いが潮風による腐食が問題になる。海辺ではその腐食耐性のため、あえて銅が選ばれる場面もある。このように、使用環境に応じて物性値、とくに抵抗率に着目した材料選択が求められる。 今回のグループワークでは送電に伴う電力ロス について調べた。 ②演題は送電に伴う電力ロスでグループ名は名無し、属した人は、長尾瞬、那須桂馬、浄閑祐輝、菅野隼太郎、須藤春翔、鈴木奏逞であり、役割は調査係。 ノルウェー、イギリス間のノースシーリンクでは720km間を515kVに変圧した電圧を送ること、米沢変電所から山大キャンパスまで5km間を6.6kVに変圧した電圧を送ることの2つを比べ、何倍になるか求めようとする所まで話し合った。 ③私は、抵抗値の高い導電線がなぜ使われないのか、また、電気抵抗率を下げるにはどうすればいいのかについて調べた。 初めに、抵抗値の高い導電線が使われない理由には、電力損失や発熱が増加するため、エネルギーの浪費や火災などの危険性が高まること。 また、信号の伝送にも影響を与え、通信障害などの問題が生じる可能性があることが挙げられた。そして、その電気抵抗率をさげるには、導体の太さを太くすること、導体の長さを短くすればいいと分かった。
A.① 示強因子や示量因子について考え、PVグラフやQVグラフでの示強因子、示量因子はどちらがどれかというのについて考えた。電気エネルギーについても考え、電力と動力の違いについても学んだ。それに関連して、3回目のテーマである、電気を運ぶことについて考えた。物質には物性値という固有の値があり、それぞれエネルギーと深い関わりがあることがわかった。電線に使う物質は何が良いのか物性値を参考にして考えたりして、銅は重いから不向きであったり、アルミニウムは塩に弱いから海沿いの電線には不向きであったりとその場所ごとに適しているものを考えなければならないなと思った。最後のプレゼンである班の方は、ノルウェーイギリス間の送電についてプレゼンしてくれた。 ②グループワークでは、送電線のエネルギー損質について議論した。その中で、地中送電線について取り上げた。まず、地中送電線の材質はアルミニウムで、断面積は80mm2、電圧が6600V、抵抗率が2.5×10-8Ωmであることが分かった。これを計算して、1kmあたり0.3125Ωであることを求めた。私たちグループはここまでしか時間内に議論することができなかった。 ③授業内で電線について触れていたので、電線についてまとめた。電線に使われる代表的な金属は、銅、アルミニウム、銀、金、ニクロム（合金）であることが分かった。なかでも、銅の用途が幅広く、特徴的にも、電気伝導率が高く、加工しやすく、価格も比較的安定していて、電力線や家電コード、配線全般に使われている。次いで、アルミニウムの使用が多いが、アルミニウムは銅に比べ、軽いというメリットや価格が安価で長距離に向くが、電気伝導率が銅の約60%である。そのため、高圧送電線や航空機用配線に使われる。だから、用途によって金属を使い分ける必要がある。
A.①本講義では、電気によるエネルギーについて学んだ。電気に関する示強因子は電圧（J/C）、示量因子は電気量（C）である。この二つが囲むものが電力量（kwh）である。ペースで表すと電力W⇔馬力として換算できる。エネルギーと物質の関係では電機は電線などに利用される。送電ケーブルのキーワードとして材料の物性、機能がある。電気伝導率が物性値とイコールの関係であるということ、つまりできるだけ電気抵抗の少ない材料で電流を運びたいということである。昨日は材料とエネルギーがつながって生まれる。昨日は数量化でき熱物体や光物体、電気物体といった部聖地としてまとめられる。物体はエネルギーと密接関係である。 ②グループワークでは送電用ケーブルについて学びワークショップで送電線のエネルギー損失について話した。グループでは世界で一番長い海にある送電線ケーブルについて調べた。抵抗までは調べることができたが時間が足りずエネルギー損失の算出間でhあ計算できなかった。 ③電気伝導率とは物質が電気をどれだけ流しやすいかを表す性質である。
A. 講義では、エネルギーの輸送手段には石炭や石油の輸送に加え、電力を運ぶための送電線があることを学んだ。電線には電気抵抗率の小さい銅やアルミニウムが使われており、これらは「電子機能材料」と呼ばれる。材料とエネルギーが結びつくことで新たな機能が生まれることから、素材の選定はエネルギー輸送効率に大きな影響を与える。また、「物性」とは化学結合に由来する物質固有の値であり、エネルギーの種類と密接に関係することを学んだ。電気抵抗率はその代表的な物性値であり、銀＜金＜銅＜アルミニウムの順に小さい。送電時の電力損失を抑えるためには、なるべく抵抗率の小さな材料を用いるのが理想だが、コストや加工の面からアルミニウムが現実的だといえる。 発表では、地中送電線（アルミニウム、断面積80mm?）をモデルに、1kmあたりの導体抵抗を0.3125Ωと計算した。この数値をもとに、実際の家電を想定した電流値やエネルギー損失を求め、環境負荷を減らすための送電線設計の工夫について検討する予定だった。 復習を通して、エネルギー輸送の効率化には、単に物性値が優れた材料を選ぶだけでなく、送電距離や使用環境、コスト、持続可能性といった複数の視点を組み合わせて最適な設計を行う必要があると再認識した。
A.① 物性値とは、物質が持つ固有の物理的性質を数値で表したもので、材料の選定や設計に利用される。物質の結合状態に非常に関係がある。代表的な物性値には密度、比熱、熱伝導率、融点、電気抵抗率などがある。授業内では電気抵抗率について扱った。金属の電気抵抗率は電流の流れやすさを示し、銅は約1.7×10?? Ω?mと非常に低く、導体として優れている。これらの値は温度や圧力によって変化することもある。 ②米沢変電所から米沢キャンパスまでの電線に関して調べた。電圧は高圧電力が6600V供給されているとする。抵抗率が2.65× 10??Ω・mであり公称断面積が0.0005 m?、1kmあたりの抵抗が5.3×10??Ω/km、長さが5km、電気抵抗は0.265Ωであった。 ③電気抵抗に関して復習した。物質内を流れる電子が、原子や格子の振動にぶつかることでエネルギーを失い、電流が流れにくくなる。この流れにくさが抵抗である。抵抗は導体の長さに比例し、断面積に反比例し、また温度が上がると増加するのが一般的である。オームの法則 R = V/I により、電圧と電流の関係が記述される。金属は抵抗が小さく、絶縁体は抵抗が大きい。
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A.①PV線図は覚えているかな。面積はエネルギーを表しているけど、縦軸横軸は何を表しているのだろう。容積は示量因子、圧力は示強因子と呼ぶんだ。示強因子は物質に依存しない要素で温度なども示強因子だね。電気量[kWh]は電気の使用量を量る単位で時間で割ったものをペースと呼ぶんだ。最新工業化学p23に載っている送電用ケーブルを見ると物性値が載っている。物性値は物質固有の値で物質が持つ性質を数値で表したものなんだよ。 ②「送電に伴う電力ロス」グループ名：前方 大濱、三好、平方、立花、山根 役割：調査 東北電力西山形変電所では275kVの電圧を154kVに変換している。ケーブルは屋外の架空配電線（銅、アルミ製）で公称断面積100mm^2とすると導体抵抗は0.155Ω/kmである。炊飯器の消費電力は83.82kWh/年でこれを154kVで割ると0.554 Aとなりこれが架空配電線を流れる電流である。 ③6.6kVの電圧で配電されているものとする。米沢キャンパスまでの電力ケーブルとして、屋外の架空配電線としてACSRの公称断面積240mm2のものを選んだ。 家電製品にはエアコンを選び、その消費電力は700Wとする。電流は0.11Aとなる。米沢変電所から米沢キャンパスまではおよそ5kmで導体抵抗0.12Ω/kmを使うと、架空配電線の電気抵抗は5km*0.12Ω/km=0.6Ωとなる。発熱は7.26×10^-3=7.26mWとなる。よって、1kWhに対するエネルギー損失はおよそ7.26mWhと推定される。
A.①第三回目の授業では前回と前々回の授業の復習をし、カルノーサイクルの圧力Pが示強因子でありVが示量因子であること、熱エネルギーなどの化学エネルギーのグラフについてまとめました。電気量はkWh、動力・電力はWで表しエネルギー輸送や石炭、石油についても学びました。 ②また、送電用ケーブルについて教科書で学び、ワークショップで送電線のエネルギー損失について話し合いました。グループ内で地中送電線について調べ、材質がアルミニウムであることから断面積と電圧、抵抗率を調べてエネルギー損失を求めました。 ③授業の発展としては送電用ケーブルに使用されているCuやAlの金属や合金は良導体といい、これは物質の電気抵抗率により分類された内の一種類であることを学びました。また、電気伝導度は物質を形成する成分元素の結合様式と密接に関係することも新しく学びました。他には結合の種類について学びました。イオン結合はイオンが静電的な引力で結合し、固体状態ではイオンは固定されているため電気を流さない、しかし、溶融状態や水溶液状態ではイオンが自由に動けるようになり、電気を通すことを学びました。また金属結合は金属原子が自由電子を共有することで結合し、自由電子が移動して電気を流すもの、共有結合は結合原子は局在化して自由電子が移動しないため電気を流しにくいこと、分子結合は分子全体が静電気的な引力で結合しており、分子自体が動くことで電気を通す場合があることなどを学びました。
A. 講義ではエネルギー輸送の重要性を学んだ。発電所で生み出された電気エネルギーは、そのままでは消費者の元へ届かない。講義では、この電気を効率よく、かつ安全に輸送するための送電技術について学んだ。特に印象的だったのは、送電線に用いられる素材の工夫である。軽量さと強度を両立させるために中心に鋼線を、そして高い導電性を持つアルミニウムをその外周に配置する構造は、物理的特性と経済的合理性が見事に融合した例だと感じた。エネルギーを単なる物理現象として捉えるだけでなく、社会を支えるインフラ技術として理解する視点を得られたことは大きな収穫であった。 私のグループでは「長距離・大容量送電を可能にする高電圧直流送電（HVDC）の役割と将来性」というテーマで発表を行うことを想定した。その具体例として、ノルウェーとイギリスを結ぶ720kmもの海底直流送電網「ノースシーリンク」を取り上げる。この事例は、再生可能エネルギーの安定供給という国際的な課題に対し、HVDC技術が国境を越えた解決策となり得ることを示している。発表では、交流送電と比較した際の送電ロス低減の利点や、異なる電力系統を連系できる柔軟性を強調し、今後のエネルギー網におけるHVDCの重要性を論じたい。 最後に、学んだ理論を身近なスケールに置き換えて考察することで復習を行った。例えば、515kVという超高電圧で国家間を結ぶ「ノースシーリンク」と、私たちの大学キャンパスへ6.6kVで電力を供給する「米沢変電所」の役割を比較した。この二つの事例を対比させることで、送電における電圧と距離、そして電力損失の関係性がより明確に理解できた。壮大な国際プロジェクトから地域インフラまで、共通の物理法則が適用されつつも、その目的に応じて技術が最適化されていることを実感し、知識を立体的に捉え直すことができた。
A.①本講義では電線、送電線に着目して講義をした。金属や有機化合物などにはそれぞれ物性値があり、金属結合、イオン結合、共有結合といった化学結合がとても大事ということを学んだ。物性値には熱物性、光物性のほかに電気抵抗率などもあり、電気伝導率は強い順に金、銀、銅、アルミニウムとなっている。 ②現在使用されている送電線のうちACSRをピックアップして調べた。ACSRは抵抗値が100mm^2で、約0.18752Ω/kmであることが分かった。ヘアドライアーを使用すると消費する電力を1kwhとすると流れる電流は0.15Aであることが分かった。 ③電気伝導率は銅よりも銀や金といった金属の方が高いことが分かったが、電線にはこのような材料が使われていない。その理由として希少価値・値段などが関係していると考えることができる。金や銀は採掘量が同に比べ劣り、かつ希少価値が高い。それに比べて銅は加工しやすく、希少価値も比較的低いので銅が使用されているのだと考える。
A. 第三回の授業は初めに示量因子と示強因子の話をした後、物質とエネルギー輸送をテーマにして行われた。各物質には物性値という性質を表す固有値がある。素材の機能はエネルギーと物性がつながってできている。電気エネルギーの輸送には電線が使われており素材には電気抵抗の小さいCuやAlが使われているが、実際は合金の方が抵抗が小さいので純粋な素材はあまり使われない。架空電線の場合銅だと重いため、アルミが使われることが多いが、アルミは塩に弱いため潮風の吹くような地域では銅を用いて地中に埋めることがある。送電する際電気量が小さい方がエネルギー損失が小さいため高電圧で送って変電所で減圧するという経路をたどっている。 この授業での演題は送電に伴う電力ロスだった。共同著者は山口竜輝、石毛翼、HUYNHVINH KHANG、向田有稀であった。私たちの班では電子レンジに送電する際について考えた。配線を５ｋｍ、抵抗率を1.55×10＾－8、断面積0.001ｍ＾２、市街地の電圧を6600Ｖ、電子レンジの消費電力を1.40ｋＷとするとエネルギー損失は42.07であることが分かった。 復習では以下の内容を行った。米沢市の自宅で電子レンジを使う場合を考える。米沢変電所では275kVで送電されてきた電気を、6.6kVに変圧して市街地に配電する。米沢変電所から、米沢キャンパスまでの電力ケーブルとして、屋外の架空配電線として6600V CVTの公称断面積100mm2の物を使ったこととする。6600V CVTは銅線なので、銅の0℃での抵抗率は、1.55×10-8Ω?mであるから、公称断面積100mm2を使うと 1kmあたりの導体抵抗は、0.155Ω/kmとなる。電子レンジの消費電力はおよそ1.4kWである。1.4kWを6.6kVで割ると、電子レンジの使用による架空配電線を流れる電流は約0.21Aとなる。米沢変電所から米沢の自宅まで、およそ5kmであるから、導体抵抗0.187Ω/kmを使うと、架空配電線の電気抵抗は5km×0.187Ω/km=0.935Ω。発熱は電気抵抗に電流の二乗をかければよいから、0.935Ω×0.21A2=0.20Wとなり、1kWhに対するエネルギー損失は、およそ0.20Wと推定される。
A.１．講義の再話 エネルギー ペース 電力 W 動力 W 時間/s パワー 物性値 アルミニウムの抵抗値のような物質の量によらない値 ていこーのちいさいもので送りたい 電圧を上げてから落としてつなぐ 合金のほうが低効率が下がる ２発表 メンバー 須田琥珀 鈴木純名 今山華百 松本碧衣 名前 ものもらい 架空送電線 電力ケーブルの材質と環境負荷は、深く関連がある。材料を銅アルミニウムに変えると、アルミは軽量で加工時の輸送エネルギーが少ない。これらも関係がある。 ３ 復習 アルミニウムの実用性についてYouTubeを見て学習をすることで復習をした。
A. 物性値とは、物質固有の値である。物質はその電気抵抗により、良導体、半導体および絶縁体に分類される。電気伝導度は物質を形成する成分元素の結合様式と密接に関係する。良導体としては金属や合金が一般的であり、CuやAlなどの金属は送電用ケーブルに使用される。また、金属以外には金属酸化物系セラミックスの良導体がある。 演題は「送電に伴う電力ロス」、グループ名はものもらい、共著者は須田琥珀、松本碧衣、鈴木純奈、私は調査を担当した。架空送電線について、電力ケーブルの材質と環境負荷は材質選びと深く関連がある。アルミは軽量で加工時の輸送エネルギーが少ないため、材質を銅からアルミに変えると導電性能だけでなく輸送エネルギーを減少させるなどの工夫で持続可能な社会へとつながる。電子レンジのエネルギー損失は、効率55％とすると、1kWh×(1-0.55)＝0.45kWhとなる。 復習として、送電用ケーブルについて述べる。送電用ケーブルは、金属の化学結合によって構成された導体を用い、電気を効率よく送る設備である。主に金属結合を持つ銅やアルミニウムが使われ、自由電子の移動によって電気が流れる。化学結合の性質が電力インフラを支えている点に興味を持った。
A.1/講義の再話：当日の授業では送電における電力ロスについて学んだ。発電所で作られた電気は、送電線を通って家庭や工場に届けられるけど、その途中で一部の電力が熱として失われてしまう。この現象を送電ロスって言う。特に長距離になるとロスが大きくなりやすいから、電圧を高くして送ることで、電流を小さくしてロスを減らす工夫がされている。電力をムダにしないためにも、送電の効率化はとても大切な課題の一つだと思う。 2/発表の要旨：「送電に伴う電力ロス 」 電力ケーブルにはいろいろなタイプがあるが、地中送電線について調べた。地中送電線は銅から作られている。その物性値といえば、低効率が1.55ｘ10^-8Ω?mで、断面積が0.0001m^2で、１㎞あたりの抵抗が0.155Ωという性質が著しい。低効率1.55ｘ10^-8Ω?m は結構小さいため、電力ケーブルに利用するのが適切である。 家電機器には電子レンジを選んで計算をした。仮に、市街地から距離が５ｋｍのところまで電子レンジに電気を供給して、電圧が6600Ｖで電流が10Aとしたらエネルギー損失は以下となる。 I^2*R = 10^2*0.155*5 = 77.5 W （グループワークの計算とちょっとずれがある。） 電力ケーブルの材質は導電率が高く、耐久性があり、リサイクル性が良い金属が望ましい。銅はその条件を満たしているが、資源量や採掘エネルギーも考慮する必要がある。もし、導体に抵抗の高い材質（たとえば鉄）を使えば、同じ距離でも損失が数倍以上に増える。これは長期的に見て膨大なエネルギー浪費とCO?排出につながる。一方、導電率の高いアルミニウムは軽量でコストも低いが、銅より抵抗が高い。長距離送電では、太い断面積で代用することもできるが、施工性や断線リスクが増す可能性がある。 結論として、電力ケーブルの材質を慎重に選び、損失を最小限に抑える設計にすれば、膨大な電力浪費を防ぎ、発電量を減らしてCO?排出量の削減につながる。また、リサイクル可能な素材を使うことで、製造段階の環境負荷も低減できる。 3/復習の内容：固体の化学結合には、イオン結合、共有結合、金属結合、分子間力（ファンデルワールス力）による結合がある。イオン結合の固体は、固体の状態では電気を通さないが、水に溶かすとイオンが動けるようになり電気を通す。共有結合の固体（例：ダイヤモンド）は非常に硬く、電子が自由に動けないため電気を通しにくい。一方、金属結合の固体は自由電子を持っており、電気をよく通す。分子間力による結合の固体（例：ドライアイス）は弱い力で分子が集まっているだけなので、電気はほとんど流れない。このように、結合の種類によって電気の流れやすさは大きく異なる。
A.第三回の授業「材料の電気伝導―化学結合の種類―」では、まずエネルギーが示強因子と示量因子の積として表されるという考え方を学んだ。力、熱、電気といったさまざまなエネルギーについて、それぞれの示強因子（例えば温度や電圧）と示量因子（エントロピー変化や電荷）との関係を整理し、エネルギーの視点から現象を統一的に捉える方法を確認した。授業ではこの関係を視覚的に理解するため、各エネルギーに対する因子の関係をグラフに表す演習も行った。 さらに、エネルギーと物質の関係についても学習し、特にエネルギー輸送の具体例として石油・石炭といった物質を利用した輸送手段や、それに対する電気エネルギーの輸送の特徴について理解を深めた。電気エネルギーを効率よく運ぶには専用の送電用ケーブルが必要であり、物質の性質とエネルギーの伝達効率が密接に関係していることが明らかになった。 グループワークでは、送電時に発生する電力ロスについて検討し、Googleスプレッドシートを用いて損失の大きさやその影響を可視化しながらまとめを行った。
A. 物理現象を示すグラフには、「示強因子」と「示量因子」という考え方が使われる。示強因子は“強さ”を表し、物質の量に依存しない物理量で、示量因子は“量”を示し、物体の大きさや量に比例する。たとえば、力のグラフでは縦軸に圧力（P/Pa：示強因子）、横軸に体積（V/m?：示量因子）をとることで、力学的なエネルギーの変化を視覚化できる。 熱のグラフでは、縦軸に温度（T/K：示強因子）、横軸にエントロピー（S, J/K：示量因子）をとる。面積は熱エネルギーを表し、T?S図として工学や熱力学で活用される。 電気エネルギーのグラフでは、縦軸に電圧（V：示強因子）、横軸に電気量（C：クーロン、示量因子）をとる。電力量（エネルギー）はこのグラフの面積で表され、単位はジュール（またはkWh）となる。電力（W）は単位時間あたりのエネルギーの変化を表す。 また、物性値は物質固有の性質であり、量に関係なく一定である。たとえば、電気抵抗率（ρ）は導体や絶縁体の素材ごとの固有値であり、送電用ケーブルの選定において重要となる（参考：『最新工業化学』p.23）。 このように、示強因子と示量因子を用いたグラフ化は、力学・熱・電気といった異なる分野のエネルギーを統一的に理解する上で非常に有用である。 グループワークでは記号とその説明、数値などを調べて表にまとめた。SI単位についても調べることができ、理解に繋がった。 示強因子について詳しく調べた。示強因子とは質量（示量）と体積（示量）の比で、量に依存しない性質（示強因子）が得られる。熱力学での状態は、示強因子（T, P など）と物質量（n）があれば決定できる状態である。
A. エネルギー輸送において、石炭や石油の輸送に加え電気は送電線を使う。送電用ケーブルがあり、使用される材料の物性や機能性が大切であり、電線には抵抗が小さい材料がつかわれる。ここで、機能とは材料とエネルギーのつながりを示す。また、物性値はエネルギーの種類と関係が密接であり、具体的には化学結合が挙げられる。素材の選定はエネルギー輸送効率に大きな影響を及ぼす。 グループワークでは、「送電に伴う電力ミス」について栗田さん、山口さん、竹中さん、福田さんと議論を行った。断面積80mm^2でありアルミニウムの地中送電線をモデルに1km当たりの導体抵抗を0.3125Ωと計算した。この値をもとに実際の家電を想定したエネルギー損失や電流値を求め、送電設計について議論する予定だった。 復習として「物性値と化学結合の関係」についてさらに調べた。たとえば、金属は金属結合により自由電子を持ち、高い電気伝導性と延性を示す。共有結合をもつ物質は構造が堅固であり、ダイヤモンドのように非常に高い硬度や融点を持つ。イオン結合では、陽イオンと陰イオンの静電的な引力が強固な結晶構造をつくり、高融点や硬さを生むが、電気伝導性は低い。以上のように物性値はミクロな化学結合に起因し、材料の機能や用途を決定づける重要な要素であるのだと学んだ。
A.今回の授業では示強因子、示量因子について学びました。グラフの縦軸に来る値は示強因子で物体の量に依存しないもの、グラフの横軸に来る値は示量因子で、物体の量が影響する量と分かりました。例として縦軸にボルト、横軸にアンペアをとった電気の図を書きました。 中部電力発電所では電気を23000Vから6600Vに変換しており、電線は6600VCVTを用 いるとし、その公称断面積は 100 ?である。中部電力から名古屋市までの距離はおよそ 1.3km であり導体抵抗は0.187Ω/km より、1.3×0.187=0.2431Ω。発熱は電気抵抗に電流 の二乗をかければよいから、0.2431×0.152=0.005469…Ｗ＝5.47mW である。したがって 1kWhに対するエネルギー損失はおよそ5.47mWであることが分かった。 示強因子は物質の量に関係なく一定で、例として温度や密度、圧力などがあります。一方、示量因子は物質の量に比例し、質量や体積、エネルギーなどが該当します。たとえば、水の温度は示強因子で、容器に入っている水の量は示量因子です。熱力学や物理化学で重要な分類と分かりました。
A.①エネルギーの移動は、石炭・石油などの化石燃料や電線によって行われる。電線は、内部に銅や鉄を用いた導電性の高い素材を使い、外側は硬アルミニウムで補強する構造が一般的である。電気を長距離伝送するには、電気抵抗が小さく、電流が流れやすい素材が求められる。また、強度と柔軟性のバランスも重要で、電線がしなやかで扱いやすいことも大切である。図で圧力・体積（P-V）や温度・エントロピー（T-S）との関係も示し、エネルギー変換を視覚的に理解した。 ②ノースシーリンクはノルウェーとイギリス間の720kmにわたり、電圧を515kVへと変圧し送電する高圧直流送電システムである。これは大規模な電力輸送に適しており、距離当たりの電圧倍率としては、米沢キャンパス間の6.6kV（5km）と比較して約11倍に相当すると分かった。長距離・高効率な国際エネルギー連携技術として注目されている。 ③エネルギーの移動は化石燃料や電線によって行われ、電線には導電性の高い銅や鉄が使われ、外側は強度のあるアルミニウムで補強される。電気を効率よく伝送するには低抵抗素材と柔軟性が重要である。P-VやT-S図を用いることでエネルギー変換を図として表すことができる。
A.①第3回ではエネルギーと物質の関係性について学びました。まず、電力量と電力の違いについて確認しました。電力量の単位は kwh で、J に単位換算できます。電力（動力）の単位はワット w で、馬力に換算することができます。エネルギーは物性値に表すことで、数量化することができます。物性値は材料とエネルギーの関係値で、光、熱、電気などが物質ごとに数値で表されます。 ②グループ名は右前です。グループメンバーは小野翔太、鈴木晴琉、小池快成、細井蓮です。発表では、送電の電力損失について議論しました。送電線は基本的に、銅とアルミで構成されているので、それぞれの物性値である導電率（電気物性）をまず調べました。銅の導電率は100.0、アルミは59.5 でした。損失の要因は、ケーブルの抵抗、電流、電圧、周波数などが高すぎることから生まれることが分かりました。銅とアルミの送電線の抵抗は、およそ 100 /mm^2 だというところまで分かりました。 ③復習では、送電線の電力損失がグループワークで計算しきれなかったので、計算方法を調べました。電力損失は、オームの法則より、「P=I^2×R」で求まることが分かりました。ここで、I は電流で、 R は抵抗です。また、送電線の抵抗 R は、「R＝ρ×L/A」で求まることが分かりました。ρは送電線の密度で、Aは断面積です。よって、送電線の密度と断面積、電流を調べて抵抗を求め、オームの法則により電力損失を求めればよかったのだと理解できました。
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A.①PV線図では、圧力と体積の関係を示し、その面積は仕事をジュールで表す。一方、nRTに基づくTS線図では横軸がエントロピー、縦軸が温度であり、面積は熱エネルギーを示す。これらの線図は熱力学的過程の理解に重要である。エネルギーの輸送において、電気は電線を通じて送られる。送電用ケーブルには導電性の高い銅や軽量なアルミニウムが使われている。 ② 市街地の架空送電線についてエネルギー損失を調べた。材質は純アルミニウムとして、米沢変電所から自宅までの距離を5kmとして計算した。また、IHコンロを使用するエネルギー損失を求めた。 ③サイトの中からエレクトロメータ(ボルテージフォロワ)を選択して、計算した。このオペアンプの電源電圧は9Vであり、負荷抵抗Rを100Ωと仮定するとオームの法則より9V/100Ω＝0.09A＝90mA また、オペアンプ自体の消費電流は1mAほどであるため、回路全体の電流は90mA＋1mA＝91mA 消費電力はP＝V×0.091A＝0.819W よって、回路全体の消費電力は0.82Wとなる。
A. 第3回の講義では、エネルギーの輸送と物資そのものについての理解を深めた。エネルギーの輸送には、主に電線が用いられる。電線は送電ケーブルと呼ばれ、銅やアルミニウムといった良導電性材料が用いられる。また、物質には物質固有の値である物性値というものがある。これは物理的性質や化学的性質を表す値であり、融点や比熱、ヤング率、屈折率、粘度など数多く存在する。物性値はエネルギーの種類と密室の関わり合っており、物性を理解することは形状変化の予測や材料としての機能を果たせるかどうかといった評価が可能となる。 グループディスカッションでは、「演題：送電にともなう電力カロス（グループ名：前方、共著者名：大濱風花、山根寿々、小笠原大地、三好駿斗、平方誠二郎）」について議論を進めた。東北電力西山形変電所では、275kVで送電されてきた電力を154kVに変圧して市街地に配電する。そこで、西山形変電所で使用される電力ケーブルとして、公称断面積100ｍ㎡の野外の架空配電線（銅、アルミ）を選んだ。銅とアルミニウムの0℃での低効率は、それぞれ1.55×10^-8Ω・ｍ、2.65×10^-8Ω・ｍであるから、公称断面積を用いると1km当たりの導体抵抗は、0.155Ω/km（銅）、0.265Ω/km（アルミニウム）となる。ここで、電力ケーブルに使用されている金属がほとんど銅であると仮定し、炊飯器の使用電力と比較する。炊飯器の年間消費電力は83.82kWh/年である。これを154kVで割ると、炊飯器の使用によって架空配電線を流れる電流は0.544Aと求められる。ここまでが講義中で導かれた値である。 2年生から専門的に学んでいる化学工学の授業では、レイノルズ数やヌッセルト数などを物性値から求め、熱伝導の挙動や流体の特徴についての予測を行った。このように、物性値を知ることは、その物質が関与する現象を理解する、そして予測する上で非常に重要であることを理解することができた。
A.①第三回の授業は材料の電気伝導性や化学結合についての授業であった。エネルギーはすべて示強因子と示量因子の掛け算で求めることができる。示強因子とは系全体の量が部分系の量の和に等しいものであり例として圧力や温度などがあげられる。示量因子とは系の大きさや体積、質量に比例するものであり例として体積や物質量などがあげられる。電線や送電用のケーブルにもちいられる金属は電気をよく流す電気伝導性の高い材料を使う。良導体として使われる金属は主に合金が一般的である。銅やアルミニウムも用いられるが、これらは電気抵抗率が合金よりも高く、送電線のエネルギー損失が高くなってしまう。また、電気エネルギーは光、光は触媒、触媒はセンサーというように機能は材料とエネルギーがつながって生まれている。物性値は物質固有の値であり、これらは化学結合に関係している。 ②授業最後の演習として送電に伴う電力ロスについて調べた。班名は前方で班員は大濱風花、立花小春、山根寿々、三好駿斗、平方誠二郎、小笠原大地の6人であり、役割は書記であった。東北電力西山形変電所では275?の電圧を154?送電用のケーブルは銅やアルミニウムが使われており、これの抵抗率はそれぞれ1.55×10??Ω、2.65×10??Ωであった。公称断面積を100㎜?とすると導体抵抗率はそれぞれ0.155Ω/㎞、0.265Ω/㎞であった。ここで使用されている材質を銅のみと仮定する。家庭用炊飯器を使用によって架空配電線に流れる電流を求める。炊飯器の消費電力は83.82kWh/年であり、これをケーブルを流れる電圧154?で割ると0.544Aであると求めることができる。 ③この授業の復習として化学結合の種類と電気の流れやすさについて調べた。化学結合にはイオン結合、金属結合、共有結合の3種類がある。イオン結合は陽イオンと陰イオンの静電気力による結合、金属結合は金属陽イオンに価電子が自由に動き回ることでできる結合、共有結合は電子を共有することでできる結合である。この中で電気が流れるのは金属結合のみであり、これは自由電子の存在によって可能にしている。また、イオン結合は水に溶解させると電気が流れるようになる。これはイオンが水中で移動可能になるから出る。さらに、共有結合でも黒鉛は電気伝導性を示す。これは黒鉛はπ電子が層内で自由に動き回れる自由電子のような働きをするからである。
A.第3回で求めた熱エネルギーjから派生し、電気エネルギーについて学ぶ。電力と電力量は、似ているようで全く別の物理量である。電力というのは「今どれだけの速さで電気エネルギーが使われているか（あるいは供給されているか）」を表す量で、単位はワットWであり、SI単位系で表すとJ/ｓとなる。一方で、電力量は「実際に使われた（または供給された）電気エネルギーの量」そのものを表す。単位はジュール（J）や、キロワット時（kWh）が使われる。よって電力は「瞬間的なエネルギーの流れる速度」であり、電力量は「時間をかけて積み重ねたエネルギーの総量」となる。 グループワークでは、家電機器をひとつ選び、送電経路を仮定し、そのときの1kWhに対するエネルギー損失を求めた。選んだ家電は掃除機で、この消費電力を１kwとした結果、中部電力変電所では23000ｖの電気を6600vの電圧に変換しており、銅線の抵抗率1.5×10＾-8Ωｍから掃除機の使用電流を求め、中部電力から名古屋市までの距離1.3ｋｍと導体抵抗を掛け合わせたものを掃除機の使用電流の二乗と掛け合わせ、1kwhに対するエネルギー損失を5.47mWと求めた。 復習として部屋の電気を一時間つけっぱなしにした時の消費電力を調べた。部屋の電気を1時間つけっぱなしにした場合、例えば一般的なLED照明（消費電力10W）を想定すると、1時間で10Wh（ワット時）を消費する。これを電力量料金に換算すると、1kWhあたりの電気代を27円と仮定し、10Wh＝0.01kWhなので約0.27円となる。つまり、電気を無駄にした損失は約0.27円となった。
A.１．エネルギーの輸送には石炭や石油はもちろん金属や電気を大量に使う。そのため少ない量でもたくさん動いたり、燃費などに表せるような効率といった部分において常に１００％を目指した設計をしていく必要がある。しかし、実際のところ100％で作ることは不可能のため、いかに損失を無くせるかの勝負になっている。また、電気を運ぶには、電線のような送電用ケーブルを用いる。しかし、このケーブルの物性値が悪いと、直接この輸送する物質の効率のも関係してくる。 ２．私たちのグループでは、グループ名を一番前とし、Pythonコードを用いながら、グループのみんなと共有して操作しながら、送電線における抵抗とそこに流れる電流と電圧の関係などをまとめて、ディスカッションした。 ３．電気抵抗率について調査した。電気抵抗率とは、物質の単位長さと単位断面積あたりの電気の流れにくさを表す指標のことで物質固有の値となる。 電気抵抗は、同一素材においても物質の長さや面積によって変化するのに対し、電気抵抗率は変化しない。電気抵抗率の記号はρ[ロー]であり、単位は一般的にΩ・ｍ（オームメートル）またはΩ・cm（オームセンチメートル）が使用される。
A.①電気量と電圧の静電容量の関係について。グラフは縦軸は電圧(V)、横軸は電気量(C)である。電力量kWh＝は電気エネルギー(J)である。電力、動力(＝馬力)Wであらわされる。 エネルギー輸送について。電気は電線を使って運ぶ。電気の流れ方は光を通すか通さないかが重要である。物性値は物質固有の値である。(例えば、電気物性、熱物性)物性とは金属結合やイオン結合で結ばれている。電気抵抗率は物性値である。 ②発表では架空送電線について考えた。電力ケーブルの材質と環境負荷は材質選びと深く関連がある。材質を銅からアルミに変更し、アルミは軽量で加工時の輸送エネルギーが少ないことが分かった。銅電線だけでなく輸送エネルギーを減少させるなどの工夫で持続可能な社会へとつながる。電子レンジの物性値、エネルギー損失は1kwh×(1-0.55)＝0.45kWh(効率を55%と仮定した) ③送電線の復習について。町の送電線はアルミが用いられている。しかし、海の地下記の送電線は塩害による腐食や、潮風による絶縁劣化、風による電線の振動などの問題がある。そのため、特殊な塗装、防食油の塗布を行っている。
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A. グラフの縦軸に来る値は示強因子といって、物体の量に依存しない値である。一方で横軸に来る値は示量因子といって、物体の量が影響する値である。例えば電気を図で示したいときには縦軸の示強因子として電圧[V]が来て、横軸の示量因子として電力量[C]が来る。電力量と電力では値が異なるので注意が必要である。また、良導体としては金属や合金が一般的であり、CuやAlなどの金属は送電用ケーブルに使用される。 中部電力発電所では電気を23000Vから6600Vに変換しており、電線は6600VCVTを用いるとし、その公称断面積は100?である。中部電力から名古屋市までの距離はおよそ1.3kmであり導体抵抗は0.187Ω/kmより、1.3×0.187=0.2431Ω。発熱は電気抵抗に電流の二乗をかければよいから、0.2431×0.152=0.005469…Ｗ＝5.47mWである。したがって1kWhに対するエネルギー損失はおよそ5.47mWであることが分かった。 送電用ケーブルには純正の銅が用いられている。しかし、合金の方が抵抗率は低いのになぜ合金を用いないのかについて調べた。送電用ケーブルに純銅が用いられるのは、抵抗率だけでなく導電性・加工性・耐久性の総合性能が優れているためである。合金は一部で抵抗率が低いものもあるが、一般に導電性が劣り、長距離送電では損失が増える。また、銅は腐食に強く、柔軟性があり加工しやすいため施工性にも優れる。さらに、安定した品質と長期的な信頼性が求められる送電用途では、純銅の方が適しているとされる。
A.①まずカルノーサイクルの図を例に示強因子と示量因子について学んだ。カルノーサイクルでは縦軸である圧力Pが示強因子、横軸である体積Vが示量因子である。示強因子とは体積や質量が変化しても値が変わらない性質を示す。示量因子は体積や質量に比例する性質を持つ。また、物性値とは物質固有の値である。例として抵抗があげられ、合金の方が、抵抗が下がるとわかった。 ②「送電に伴う電力ロス」グループ名りかちゃむ 榎本理沙、嶋貫莉花、羽生胡桃、遠藤由里香、白坂茉莉香 記録 グループワークでは、家電機器をひとつ選び、送電経路を仮定し、そのときの1kWhに対するエネルギー損失を求めた。選んだ家電は掃除機で、この消費電力を１kwとした結果、中部電力変電所では23000ｖの電気を6600vの電圧に変換しており、銅線の抵抗率1.5×10＾-8Ωｍから掃除機の使用電流を求め、中部電力から名古屋市までの距離1.3ｋｍと導体抵抗を掛け合わせたものを掃除機の使用電流の二乗と掛け合わせ、1kwhに対するエネルギー損失を5.47mWと求めた。 ③授業で行ったカルノーサイクルについて授業内のみの理解は難しかったため、調べた。カルノーサイクルの過程は4つある。まず、高温熱源から熱を吸収しながら行う等温膨張では、気体が、一定の温度で膨張し、外部に仕事をする。次に断熱膨張によって気体は熱を外部に放出せず、膨張し温度を下げる。等温圧縮では低温熱源へ熱を放出しながら期待が圧縮され、最後に断熱圧縮によって温度が元に戻る。これがカルノーサイクルである。
A. 示強因子や示量因子についての講義を行った。特に第2回で出てきたエネルギーである熱エネルギー、力学エネルギー、電気エネルギー、光エネルギーについての示強因子と示量因子を学んだ。また、物性値がどんなものを指し、それが物質固有であるということも学んだ。 発表では、送電に伴う電力ロスとして送電線の種類と抵抗率、材質、断面積、電圧などからエネルギー損失の計算を行った。自分たちのグループは地中送電線について0.3125Ω/kmであると計算し、それを発表した。 復習として、電気伝導率について考えた。電気伝導率は、物質が電気をどれだけよく通すかを表す物理量で、電気の流れやすさの尺度であり、金属や半導体、電解質など幅広い分野で使われる。物理的意味として、電気伝導率が大きいほど、電流が流れやすい（＝良導体）で抵抗が小さい。逆に、電気伝導率が小さいものは、電気が流れにくい（＝絶縁体または不導体）だということを調べた。
A.①物性値とは、物質が持つ物質固有の性質を数値で表したものであり、例として、密度や、粘度、融点などが上げられる。そして、これら物性値はエネルギーとの組み合わせによって、物事を定量的に理解するための役割りを果たし、両者の関係は密接である。具体的には、最近では化学工学で学習したフーリエの法則がわかりやすい例だと考えた。この法則では、熱流（熱エネルギーの移動量）が熱伝導率（物性値）と温度差の積で表されるというのを表していた。 ②グループワークでは、送電に伴う電力ロスについて考察をした。ここでは、架空送電線を用いて、米沢変電所から米沢キャンパスまででエアコンを使用する際を例に挙げて考えた。電圧、抵抗率、単位距離あたりの抵抗、電気抵抗、送電線の長さ等を設定し、電力ロスを計算しようとしたが、時間が足らず、最後まで、まとまりきらなかった。 ③電気抵抗率は、単位長さ、単位断面積当たりでどれだけ電気エネルギーの移動が妨げられるかを示す物性値であり、エネルギー移動に対する抵抗のしやすさを表すため、ここにも物性値とエネルギーの密接な関係があると分かった。つまり、この電気抵抗率に電流や、電圧をかけ算することで、エネルギー損失等も求められることになるため、現象を定量化できるといえる。
A. 電気回路を考える際には、電流、電圧、抵抗、電力といった基本的な物理量が不可欠である。電流は電荷の流れであり、電圧は電位差、抵抗は流れにくさを表す。オームの法則（V=IR）はこれらの関係を定式化しており、電力（W=IV）は単位時間あたりに消費されるエネルギーを示す。これらの物理量は、電気化学デバイスの性能を評価する際にも用いられる。たとえば、電池の起電力は開放電圧として測定され、内部抵抗は電流を流した際の電圧降下から算出される。これらの概念は、電気化学の現象を定量的に理解するための土台である。 1kWhでどれだけの距離を走行できるかをテーマに、ランボルギーニとテスラを比較した。ガソリン車と電気自動車でエネルギー効率に大きな差があり、テスラがより多くの距離を走行できることから、電動化の優位性が確認できた。 燃費と電費の違いを調べ、ガソリン車が内燃機関によるエネルギーロスを伴うのに対し、電気自動車は効率的に電力を駆動力へ変換できる点に注目した。将来的なモビリティの方向性を考える上で有益であった。
A.量は数値と単位の積である。温度Tは示強因子、エントロピーS(J/K)は示量因子である。ST線図は熱エネルギーを表す。電気エネルギー(電力量kWh)の線図の縦軸は電圧(V)、横軸は電気量(C)である。物質が持つエネルギーと消費するペースは異なる。電力(W)はペースに関係する。電力と電力量は異なり、夏場の電気問題は電力(W)の話であり、省エネは電力量の話である。 エネルギー輸送で楽なのは、石炭や石油を運ぶことである。電気エネルギーの輸送は、電線で行う。送電線ケーブルには、良導体の金属や合金が一般的で、おもにCuやAlが用いられる。物質にある固有の値を物性値という。物性は結合の種類に多くの影響を受けている。電気抵抗率は物性値である。電気抵抗の小さいほうから、銀→金→銅→アルミである。電線は合金で作っていて、中心にアルミ、周りに鉄線でできている。 我々の班は、電子レンジを使うまでのエネルギー損失を求めた。電子レンジの消費電力は1.40kWhで、電子レンジまでの配線を5kmとして求めた結果、エネルギー損失はだいたい42.07mWhとなった。 化学結合の種類は、イオン結合・共有結合・金属結合・分子間力(水素結合やファンデルワールス力など)がある。イオン結合は液体に溶かすと電気を通すが、固体状態では電気を通さない。共有結合は電気を通すものと通さないものがある。金属結合は自由電子によって結合しているため、電気を通す。分子間力は電気を通さない。
A.①今回の授業では、様々な式の示強因子や示量因子について定義をした。体積×圧力はエネルギーになりエンタルピー×温度は熱エネルギーになる。電気量×電圧は電力量になる。また、電線や送電用ケーブルについて教科書を用いて学んだ。また物性値について学んだ。物性値とは、物質固有の値であり、具体的には電気、抵抗などが挙げられる。アルミ、銅、金、銀の順番で抵抗が下がる。合金は抵抗が下がる。 ② グループワークでは、家電機器をひとつ選び、送電経路を仮定し、そのときの1kWhに対するエネルギー損失を求めました。選んだ家電は掃除機で、この消費電力を１kwとした結果、中部電力変電所では23000ｖの電気を6600vの電圧に変換しており、銅線の抵抗率1.5×10＾-8Ωｍから掃除機の使用電流を求め、中部電力から名古屋市までの距離1.3ｋｍと導体抵抗を掛け合わせたものを掃除機の使用電流の二乗と掛け合わせ、1kwhに対するエネルギー損失を5.47mWと求めました。 ③ 今回の授業では、示強因子や示量因子の定義を学び、圧力×体積はエネルギー、電圧×電気量は電力量になることを確認した。さらに、送電用ケーブルや物性値について学び、抵抗は銀＜銅＜アルミの順であると理解した。エネルギー輸送の考え方として、石炭、石油等についても学んだ。グループワークでは掃除機を選び、送電経路と1kWhあたりのエネルギー損失を計算し、5.47mWと求めた。
A. グラフの縦軸は示強因子で、横軸が示量因子となる。圧力Ｐは量に関係しない示強因子であり、体積Ｖは量に関係する示量因子である。ＰＶの積がエネルギーを表す。エントロピーＳは示量因子である。状態方程式より、ＰＶは力学エネルギーで単位はＪである。ｎＲＴは熱エネルギーで単位はＪ/Kである。電気エネルギーのグラフは横軸が電気量で単位がＱ、縦軸が電圧で単位がＶとなる。 電力と電力量の違いについて。電力量(エネルギー)は電力の使用量を表し、単位はkwhとなる。電力は電気によって、動く力の大きさを表し、単位はｋＷである。よって、電力量は電力と時間の積から求めることができる。電気量の単位はＡｈ(アンペアアワー)である。 電気は送電線ケーブルを使用して運搬される。送電用ケーブルには、銅やアルミニウムなどの金属や合金などの良導体が使用されている。また、金属以外にも金属酸化物系セラミックスも良導体である。電気抵抗が小さい方が、電気は送りやすい。物性値とは物質固有の値であり、量に関係しない。そして、化学結合様式に関連している。 送電線の抵抗によるエネルギー損失について話し合った。
A. 圧力（P）や体積（V）はエネルギー輸送に関わる重要な物理量である。石炭や石油は主要なエネルギー資源として利用される。送電用ケーブルにはCuやAlなどの良導体の金属が使用される。良導体とは、電気抵抗率が10^-3Ωm未満と小さく、電気を非常によく通す物質を指す。工学において物性とは物質の機能的特性を指し、電気物性や光物性などの物性値は物質固有の数値である。 送電に伴う電力ロスの発表ではノルウェーとイギリスを結ぶ世界最長の送電線であるノースシーリンクについて調べた。グループ名は未定であり、グループメンバーは私を含め菅野隼太郎、那須桂馬、浄閑祐輝、須藤春翔、鈴木奏逞であった。また、私の役割は調査であった。ノースシーリンクでは、ノルウェーとイギリス間の約720kmを515kVに変圧した電圧を送っている。それに対し米沢変電所は、山形大学米沢キャンパス間の約5km間を6.6kVに変圧した電圧を送っていることがわかった。 平常演習の化学結合の種類と電気の流れやすさでは、共有結合、イオン結合、金属結合、ファンデルワールス力について調べた。共有結合では原子間を電子が共有しているため、自由に移動できる電子が少なく、電気の流れを妨げるため、電気を通しにくいが、黒鉛のように電気を通すものもある。イオン結合はイオンが固定されているため電気を通さないが、融解させたり水に溶かしたりすると、イオンが自由に動けるようになるため、電気を通すようになる。金属結合は自由電子が多数存在するため、自由電子が自由に動き、電荷を運ぶことによって電気伝導が起こるため、電気を非常に良く通す。ファンデルワールス力は、物質の状態や性質を通じて、電気の流れやすさに間接的な影響を与える可能性がある。ファンデルワールス力が大きい物質は、一般的に電気抵抗が増加する傾向があるため、電気が流れにくい。以上のことが調査によりわかった。
A.【講義の再話】 エネルギーには様々な種類があり、電気、運動、熱、化学、光エネルギーがある。燃費を如何に下げるのかが大事であり、研究されてきた。pv=nrtで単位はjだが、工学的単位だとkwhなので単位換算を行った。 pv線図の単位も中の面積はエネルギーを表していて単位はjである。エネルギーは示量因子と示強因子の掛け算で、この場合圧力は強さ体積は量である。st線図のsはエントロピーで単位j/k、tは温度で単位はKケルビンである。電気エネルギーの線図は電力量kwh であり、縦軸は電圧v、横軸は電気量cクーロンであった。単位はjだがkwhでもあり時間の要素が入る。エネルギーの輸送の歴史は、石炭や石油の輸送から電線で電気を輸送に変化した。物性値とは物質の固有の値である。熱物性や光物性等があり、これらは結合状態と深く関わりがある。アルミと銅の電気伝導率違うがこれも物性値である。純粋な金属より合金の方が硬くて抵抗率高いため、抵抗が高くても丈夫な合金の電線を用いる。 【発表の 要旨】 演題は送電線のエネルギー損失で、グループ名は純アルミニウムであった。グループに属した人は高橋香桃花、三船歩美、原野美優、大阪琉音、鈴木結唯、増子香奈、百々柚花である。自分が発表の創作に果たした役割は調査である。送電線のエネルギー損失を計算した。米沢の変電所から自宅までの純アルミニウム空中電線のエネルギー損失を計算した。段階ごとに損失があることが分かった。損失を減らすには合金の電線を用いると良いと話し合った。 【復習の内容】 より効率の良い電線について調べた。効率が良い電線はエネルギー損失が少ない電線である。エネルギー損失を減らすにはより高電圧で送電する必要があるので、それに耐えうる合金電線が良いと考えられる。
A.第1回目のコンセントの電圧を測ったり、理想気体の状態方程式から求められる熱量ことエネルギーの単位であるジュールを取り上げ、電気エネルギーに焦点を当てて学ぶ。電気エネルギーを表す線図を描く場合、PV線図では縦軸がPで横軸がV、ST線図では縦軸がTで横軸がSだったのに対して、縦軸は電圧Vで横軸は電気量Cで表す。面積は電気量Jだが、電気は一般的にkWhを基準に表すことが多い。JからWの変換はJ=w・sで行なうことが出来る。 送電線の抵抗によるエネルギー損失はいくらなのかを演習で計算した。送電線は短距離の送電だと銅（電気抵抗率1.68μΩ・㎝）、長距離の送電だとアルミニウム（電気抵抗率2.65×10^-8 Ω・m）が使われている。使い分けている理由としては、銅は電気抵抗率が低くて損失が少ない銅に対してアルミニウムは軽量でコストが低いため長距離を伸ばしても負担が少ないからとされている。架空送電線の発熱量は電気抵抗×（（電流）^2）よりアルミニウム製の5キロメートル、許容量を470Aと仮定したとき発熱量は5.85×10^4Wと出た。 演習で固体の化学結合の種類を上げ、電気の流れやすさについての説明を考えるものがあった。化学結合の種類として金属結合とイオン結合、共有結合と分子間力が上げられる。金属結合を持つ物質は自由電子を持つため、電気が流れやすい。それに対して、イオン結合を持つ物質は固体の状態だと価電子がないため電気を通さない。共有結合を持つ物質も同様に価電子がないため電気を通さない。ただし、黒鉛は価電子が残っているため電気を通す。分子間力からなる物質も蚊電子がないため電気を通さない。
A.複習:物質固有の値、物性値、 圧力)は試供因子、体積)は試料因子、電気エネルギーの試供因子は電圧 電量はKWh、電力はW(時間の概念が含まれる)、最新工業化学p23送電用ケーブル PV、TAS、LRT、VOは18世紀まで エントロピー ・現在は光エネルギーも達 試供因とは? e 光エネルギー Av=プランク定数3) ヘルツ(s) 光は電族波、私達は同波数であびている。 (Infra Red) 物質量 1ml あたり子 1つあたり あったかい に発展 マクロ(18世紀) ミクロ (19世紀) 聖外線(赤外線 (wera violet) 日焼けする ◎マクロミクロにしよう。 コカ RT KIT 気体定数 ボルツル数 FE CE ファラデー定数 電荷 (13) mel) P226 現在の電気 035 キルンストの式 RT=(E-E) (-F) uek = EF 試供因子 (熱) = (電気) kd: ボルツマン定数 eof=kT RT OFF ・粗電育・電気料量 電気のみ測定器を使わないと?定できない、 9回題図で表す。 本当に流れているのが見ただけではわからない。回路計で e 調べる (知謝・技能・判断が、思意など) 量子化学によって共有結合、金属結合、イオン結合がすべて説明できる。 例) H12 月 電子の局在化 88 度は書及膜を形成 夏方性? (自由電子 電子と原子核が引け 6電子と炭書の上に広がる非局 電子がいる。(導電性はより面) よみますがえるので実測できることが大事 低抗器・カラーコード (2技術基理 P3) 本 CV電圧ときはオプアンプ ネガイブフィードバック AD変換でアナログ的は技能がないと マジナリーショート 位法 液品表示 使いこなせない。 05~0.7である、測定者が何を読み取れるか意識してる方催でいる。 (Workshop) 測値たついて 個人差製品差によってばらつきがちです。
A.①送電用ケーブルについて学びました。送電用ケーブルとは発電所から消費地までの電力輸送に使用される電線のことでした。同じ電力を送るのに。伝導度が良いもののほうがコストがかからず効率がいいと学びました。 ②ワークショップでは架空送電線についてしらべ、計算しました。 輸送エネルギーを減少させることで持続可能な社会にもつながると考えました。 電子レンジのエネルギー損失を計算しました。 ③示強因子は電圧、示量因子は電気量で表すことができることを学びました。
A.①今回は、様々な材料の特性について学び、それぞれの材料が形成している結合の種類、特徴を軸に講義が行われた。教科書の導電体、絶縁体、半導体などについての記述を参考にして、それぞれの特性を持った物質がどのような原理で電気を通しているかについて学習した。特に導電体である金属について詳しく触れ、金属結合の間で自由電子がやりとりされているというよりは、結晶内で電子が非局在化しているのに近いこともわかった。 ② 今回は、代表的な架空送電線の材質として使われているACSRについて調べました。この送電線が具体的にどこの区間で使われているかわからなかったため、一般的な電柱の間隔でどれだけ電力の損失があるかを考えたいと思います。電柱の間隔を40mとしたときに、ACSRの単位距離あたりの抵抗値からその区間での抵抗は7.48mΩとわかります。例と同じくドライヤーを使うとすると、その時の消費電力は1kWで、米沢市の市街地の電圧が6.6kVであることから流れる電流は約0.1515Aになります。これらの数値から失われる熱量を計算すると0.172mWとなりました。 授業中に学習したように、一般的に使える金属で最も抵抗が小さいのは銅であり、ACSRよりも抵抗自体は低いです。また、ACSRの原料であるアルミニウムは精製の際に多くの電力を消費するため、環境にやさしいとは言えません。ただ、純粋な銅を送電線の材料として用いると、重さや強度の点で多くの問題があります。このバランスをとって環境にやさしい合金を利用することが環境負荷を減らす鍵になると思います。 ③送電線に銅を使用しない理由に重すぎて自らの重さを支えられないということがあったため、架橋以外の送電線には利用されているのではないかと考え調査した結果、地下や海底ケーブルでの送電では用いられていることがわかった。
A. ①テーマは材料の電気抵抗や化学結合についてである。最新工業化学で送電用ケーブルを探すと、良導体である銅やアルミニウムなどの金属が使われているという記述があり、電気抵抗の低い代表的な金属を並べると銀>銅>金>アルミニウムとなる。また、物性値は物質の量に依存せずに決まっている値であり、エネルギーや結合状態と密接な関係がある。 ②送電に伴う電力ロスの発表では、電子レンジを選んだ。グループ名は電子レンジで、グループのメンバーは私を含めて山口竜樹、向田有稀、HUYNHVINH KHANG、佐藤光介であり、私の役割は調査であった。米沢変電所のデータを利用して、消費電力が1.40kWの電子レンジを使った際のエネルギー損失を計算すると42.07mWhと求められた。 ③03-02【平常演習】「化学結合の種類と電気の流れやすさ」で取り組んだ内容を次に示す。固体の化学結合の種類として共有結合、イオン結合、金属結合、水素結合を含む分子間力による結合が挙げられる。共有結合結晶は、基本的に電気が流れにくいが、黒鉛のみが例外で電気を通す。イオン結合結晶は、固体状態では電気が流れにくい。金属結晶は電気が流れやすい。分子間力結晶は電気が流れにくい。
A.
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第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
