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. 力学には古典力学と量子力学があり、熱力学には古典熱力学と統計熱力学がある。古典力学と古典熱力学は19世紀まで、量子力学と統計熱力学は20世紀以降の学問である。エネルギーの種類は化学、熱、運動・位置、電気、光に加え、原子力が出てきた。原子力は原子核の変化によって得られるエネルギーである。ウラン精製（ウラン濃縮）とは天然のウラン鉱石から原子力利用に適した形のウランを取り出して、濃縮・転換・燃料加工する一連のプロセスである。 グループワークでは熱くなる工業製品について話し合った。工業製品としてはスマートフォンを選んだ。待機消費電力は、スリープ状態では1～50mW、画面オン状態では数百mW消費し、ゲームなどでは2～5W消費する。 事後学習ではヒトはなぜ情報にエネルギーを使うのかについて考えた。情報を得ることで、さまざまな状況に対応でき、生き延びるという生存本能に対応できる。また、情報は資源であり、財産となるため、エネルギーを使うのではないかと考えた。
A.①?③を以下に示す。 ①【講義の再話】 光エネルギーはE＝ｈ（プランク定数、示量因子）×ν：ニュー（示強因子） 電気エネルギーは示強因子である電圧Vと示量因子である電気量Qの積で表される。（Fはファラデー定数であり電気量（単位C）に比例する） 電子一個のエネルギーは電気素量eVで表される。 熱エネルギーはｋTで表される。ｋはエントロピーでボルツマン定数1.38×10＾―２３J/Kで表される。これにアボガドロ定数をかけると8.31となり気体定数となる。 気体定数はｐｖ＝ｎRTで使われる。左辺が運動エネルギー、右辺が熱エネルギーを表している。 位置エネルギーは１/２ｍｖ＾２で表され、光の速さcはE＝ｍｃ＾２の式に応用される。 原子エネルギーについて、ウランを分離する必要がある。イオン交換膜、アノード、カソードが使われる。アノード（酸化が起きる）からカソード（還元が起きる）へ電気が流れる。すなわち電位が高い方（アノード）から低い方（カソード）へ電気が流れる。 QをTで割ればエントロピーSになる。 ②【発表の要旨】 演題 ディスプレイを調べてみよう グループ名 Switch 役割 責任著者 共著者 鈴木結惟、原野未優、高橋香桃花 化合物AとBがある場合、化学反応によってそれぞれ色が変化するのをエレクトロクロミズムという。ディスプレイに応用されている。テキスト195ページに説明があり、電気化学的な酸化還元反応が起きることで色がつくと示されていた。例えばゲームをする際，熱が生じる。ここで考えるべきはボルツマン定数である。一つの画素が0と1をとり、この画素の量が増えるほど、つまり状態の数が多いほどエントロピーは大きくなる。つまり情報量[bit]が多いほどエントロピーが大きくなる。 Switchの消費電力が７Wと仮定する。この時の発熱量Qは消費電力（W）×使用時間（ｓ）より７×3600＝25000Jである。 ③【復習の内容】 トピック名 変換効率について 例えば電池について、化学エネルギーがすべて電気エネルギーに変換されるわけではない。そのため変換効率について考える必要がある。化学者がその知識を生かして変換効率の高い材料および仕組みを開発すれば世界的な発明になると考えた。
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A. スマートフォンは情報社会を象徴する工業製品であり、情報の取得・処理・伝達には多くの電力が必要とされる。液晶や有機ELなどのディスプレイ技術は進化を続け、省エネ性能を高めているが、情報量の爆発的増加により、データセンターや通信ネットワークの電力消費も急増している。情報の利便性と環境負荷の間には深刻な矛盾が生じており、省エネルギー技術と効率的な情報利用が求められている。 その中で注目されるのがエレクトロクロミズム技術であり、スマートウィンドウや防眩ミラーなどに応用され、省電力かつ高い視認性を実現している。広島大学の研究では、π共役系高分子を用いた分子設計により、RGB色調の制御や長寿命化が可能となり、次世代の表示デバイスとして期待されている。これらの技術は、持続可能な社会に向けたスマートマテリアルとしての可能性を広げている。 一方、情報化社会の電力需要に対応するため、原子力発電の再評価も進んでいる。持続可能性には課題があるものの、当面の電力供給には不可欠であり、技術者の育成が急務となっている。文部科学省などは「先進的原子力教育コンソーシアム」を設立し、教育体制の強化を図っている。倫理や社会的責任を含む教育の充実と国際連携により、持続可能なエネルギー政策を支える人材の育成が期待されている。
A.①古典熱力学は、温度・圧力・体積といった巨視的な性質を用いて、物質のエネルギー変化を扱う理論である。原子や分子の構造には踏み込まず、全体の挙動を法則的に説明している。 一方、統計熱力学は、古典熱力学を分子や原子の視点から説明するもので、微視的なふるまいを統計的に扱うことでマクロな性質を示している。 19世紀には原子の存在が確立され、20世紀初頭には光と質量の関係も明らかになり、エネルギー理解が一層深まった。 また、2枚のガラスに挟まれた薄膜が電圧により色を変えるエレクトロクロミック現象は、電気化学反応による実用例で、スマートウィンドウなどに応用されている。 これらは、ミクロとマクロのつながりやエネルギー変換の理解に役立っている。 今回のグループワークは、人はなぜ、情報に、エネルギーを使うのかである。 ②演題はなぜ、情報に、エネルギーを使うのかである。グループ名はメモリー、属した人は、山口竜輝、石毛翼、藤森隼也、須藤春翔であり、役割は調査係。 パソコン用メモリの進化は、技術革新と共に性能が向上してきた。1950年代には磁気コアメモリが登場し、トロイ型の磁気コアにビット情報を保存していた。1970年代にはSRAMとDRAMが主流となり、高速化と大容量化が進むが、コストが高かった。2000年代にはDDR2やDDR3が登場し、容量と速度がさらに向上。現在ではDDR4やDDR5が普及しており、1枚あたり2～5Wの消費電力で高性能を発揮している。 ③私はエネルギーの歴史についてまとめた。 人類は古くからエネルギーを活用してきた。最初は火の利用に始まり、木材などの燃料を使って調理や暖房に使っていた。中世になると風車や水車が登場し、風力・水力を動力源として活用。18世紀の産業革命では蒸気機関の発明により、石炭が主なエネルギー源となり、大量生産や機械化が進んだ。20世紀には石油や天然ガス、さらには原子力が加わり、輸送や発電の中心に。近年では環境問題への関心が高まり、太陽光や風力、地熱など再生可能エネルギーへの転換が進められている。 エネルギーは人類の文明発展を支える中核的な要素であり、今も進化し続けている。
A.①15回目では復習をメインに授業を進めた。統計熱力学と古典熱力学について学んだ。古典熱力学における一番の目標が蒸気機関をいかに効率よくするかというものであることも学んだ。また、紫の光についても学んだ。紫の波長は非常に危険であり、最初は腹痛などの体に支障をきたす程度であるが、だんだんとDNA損傷が始まり、再生不可となってしまって最悪死にいたるということを学んで怖いなと感じた。また、ウランについても学び、ウランはいずれ枯渇してしまうからあまり期待できないが、二酸化炭素があまりでないため、原子エネルギーに利用されている。ウランの濃縮方法も学んだ。 ②グループワークでは、人はなぜ、情報にエネルギーを使うのかというテーマをもとにスマホを例にあげて議論した。スマホは使う際に熱を発する。これをキーポイントに話し合いを進めた。この熱を発するというのは、情報処理にエネルギーを使うからであり、そこまでしてスマホを使うのは、情報が生きるための役に立つものであると考えるからであると議論した。スマホにおける年間消費電力が3kw?5kwであり、スリープ状態にすると0.1W?0.3Wに抑えられたり、SNSを使用すると一回当たり平均して1~2W要することが分かった。 ③授業でウランの濃縮方法について触れていたので、ウランの濃縮方法についてまとめた。まず、ウランの濃縮方法には何種類かあり、遠心分離法や気体拡散法、レーザー分離法などがある。この中でもとくに遠心分離法が主流である。遠心分離法の原理は、６フッ化ウランという気体を高速回転する遠心分離機に入れる。重いU―238が外側に、軽いU-235が内側に偏る。これを何段階にも繰り返して、U―235を少しずつ濃縮していく。この方法によって濃縮が可能になる。この方法が現在、世界中で最も使われている方法である。
A.①本講義では、光子一個のエネルギーE=hνであり、hは示量因子、νは示強因子だということ復習し。電気エネルギーはE=電圧×電気量であり電圧は示強因子で電子量は示量因子だということも復習した。音子エネルギーの場合R/N=1.38×10^-23となり光子と音子は量子力学という。他にも古典力学、統計熱力学がある。またエレクトロミズムを学び、これは二枚のガラス表面上に付着された薄膜が電圧引力に対応して電気化学的な酸化還元反応を起こし、その際に膜の色が変色する現象である。 ②グループワークでは人はなぜ情報にエネルギーを使うのかについて話し合った。例としてスマホを使った。スマホでは軽い操作では1?3Wつかい、負荷高いゲームでは5?10Wつかい,充電では約10Wつかう。電気エネルギーmp一部が熱エネルギーになるため熱くなると考えた。 ③統計熱力学とは多くの微小な粒子の運動や状態を統計的に扱い、熱力学の法則を微視的な視点から説明する分野である。
A. 講義では、光の波長λは、光速Cと振動数fの関係式λ＝C/fで求められ、光子１個のエネルギーはE＝hνと表される。また、電気エネルギーは「電圧×電気量」、熱エネルギーは「RT」で表される。一方、エレクトロクロミック現象では、ガラス上に形成された薄膜が、印加された電圧によって酸化還元反応を起こし、膜の色が変化する。これは、化学変化と電気エネルギーの関係を視覚的に観察できる代表例であり、スマートウィンドウやディスプレイ材料への応用が挙げられる。 発表では、スマートフォンを題材に考察した。スマートフォンの使用時に熱が発生するのは主に三つの要因による。第一に、CPUやGPUによる高負荷の計算処理、第二に記憶装置への頻繁なアクセス、第三に無線通信に伴う送受信である。これらはすべて、電気エネルギーが電子の移動や信号処理に変換される過程で生じる副産物としての熱である。つまり、情報取得とは単なる知的行為ではなく、物理的なエネルギー消費を伴う行動でもある。 復習では、情報処理とエネルギー変換の共通性について考えた。光、熱、電気といった異なるエネルギーが、現代社会では通信・演算・表示といった情報技術の中で変換されていることを実感した。私たちが日常的に使う情報機器も、そうしたエネルギー変換技術から成り立っていると感じた。
A.① ディスプレイやエレクトロニクスの仕組みを通して、エネルギーと情報の関係について学んだ。スマートフォンやテレビなどに使われる有機ELや液晶ディスプレイの動作、光と電気の変換、電子の制御による画像表示など、エネルギーが情報としてどう利用されているかを具体的に学び、今まで学んだことと結びつけられた。さらに、半導体や導電性材料の性質にも触れ、現代の電子機器の基盤となる技術と今後の可能性について考え理解を深めた。 ②情報を集める機器としてスマートフォンがあげられる。スリープモードでは1-50mW、画面が起動状態で100-900mW、ゲームなどでは、モバイル通信やWiFi接続した場合、2-5W使用されるそうだ。つまり私達は情報を集めるのにエネルギーは必要不可欠な存在だと言える。 ③ 電子機器についてより調べた。その中で無機材料が重要な役割を果たす。たとえば、シリコンなどの半導体は周期表14族元素で構成され、導電性やバンド構造が制御できる。また、酸化インジウムスズなどの導電性酸化物もディスプレイに利用されていることも知った。
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A.①光子1個のエネルギーはE=hν、電子1個はeV、電気のエネルギーはQV、熱のエネルギーはkT、いろいろなエネルギーを学んだね。原子のエネルギーは分かるかな。E=mc^2、かの有名なアインシュタインが導き出した式だ。原子力発電にはよくウランが使われているけど、ウランの精製方法は知っているかな。ウラニル塩からウラナス塩への還元をイオン交換膜法の電解法で行っているんだ。さて、人は情報を得るために電気を使っているけど、なぜ情報にエネルギーを使っているのか議論してみよう。 ②「人はなぜ情報にエネルギーを使うのか」グループ名：ゲーム班 KHANG、佐藤、久保、山川 役割：調査、可視化 ゲーミングパソコンを選んだ。6時間使うと2.4kWhの電力、1.2kgのCO2を排出している。ゲーミングパソコンは主に高いグラフィックのゲームや高負荷のゲームをするために購入する人が多い。ゲームは達成感や臨場感など娯楽として快楽を得るために存在していると考える。情報としてリアリティのある映像で没入感、臨場感、ゲームシステムでの達成感を得られる。ゲームは勉強をする時間を奪う、現実との乖離で精神疾患をきたすなどの批判を聞いたことがあるが、ストレスを解消するためや人との交流の一つとしてこのような娯楽が必要であろう。ゲームをするためにゲームセンターに行ったり、アナログなゲームで遊んでいたときよりも、気軽によりハイスペックなゲームを遊べるようになったのも、工業技術の進歩だけでなく、有機ELによるディスプレイの消費電力減少や、排熱技術などエネルギー工学が寄与していると考えられる。 ③有機ELを選んだ。有機ELはホタルのように熱を出さずに光を出す現象のルミネッセンスを使ったディスプレイである。構造は電極、輸送層、発光層が基板の上に積み重なった構造である。プラスとマイナスの電極に電源をつなぐと発光層で電子と正孔が合わさって光を出す。 有機ELを応用した技術として有機ELディスプレイがある。以前は液晶ディスプレイで、物質の分子が電流によって向きを変えることで光を通したり通さなかったりする性質を利用したものであった。液晶の後ろにバックライト、液晶の前にRGBのフィルタを置いてカラーにしていた。一方、有機ELディスプレイはRGBの光を出す有機EL素子を並べているため、バックライトが必要なく消費電力が少なく済むという特徴がある。また、これらの技術によりディスプレイを薄くしたり曲げられたりすることができ折りたためる携帯ディスプレイなどに応用されている。
A.①第十五回目の授業では復習として光子一個のエネルギーはプランク定数と振動数の積であることやHが示量因子でνが示強因子であること、νが大きいとエネルギーが大きいこと、電気エネルギーは電圧×電気量で表すことなどを振り返りました。また、古典熱力学では一番の目標は蒸気機関のエネルギーをいかに下げれるかであったことや 統計熱力学、位置エネルギー、19世紀になって式が変化したことなどを新しく学びました。原子エネルギーはE=mc2で表すことができ、cは光の速度であることや235U（ウラン）はイオン交換膜の応用として電解隔膜の目的でウラニルの電解還元の用途があることを知りました。 ②ワークショップではディスプレイについて話し合いました。グループ内ではスーパーコンピュータについて調べCPU、GPUなどのプロセッサがフル移動し大量の電気エネルギーを消費することで計算処理で使用され熱エネルギーに変換し動作による発熱などが起こるということがわかりました。そのため、冷却が必須であるという結論になりました。 ③授業の発展としてはウランについて調べました。ウランは天然に存在する放射性元で、主にウラン235とウラン238の同位体があります。特にウラン235は核分裂を起こしやすく、原子力発電や核兵器に利用される。ウラン鉱石から抽出された後、濃縮などの工程を経て燃料として用いられます。核分裂時には大量のエネルギーが放出されるが、放射性廃棄物や安全性の課題もあり、ウランはエネルギー資源として重要である一方、管理と倫理が問われる物質でもあります。
A. 本講義では、光エネルギーと電気エネルギーの関係について、数式を用いながら理論的に学んだ。たとえば、光のエネルギーが E=hν（hはプランク定数、νは振動数）で表されることから、光が電気に変換される過程やその逆の現象が、物理的にどのように説明されるかを理解した。また、エネルギー変換に伴うエントロピーの増大という熱力学の基本法則にも触れ、エネルギー利用が必ずしも効率的でないことを学んだ。さらに、電圧によって物質の色が変化するエレクトロクロミズムの原理も取り上げられ、エネルギーと視覚情報の関係についての理解を深めた。 私たちのグループでは、「情報通信ネットワークがエネルギーをむさぼる」という課題のもと、スマートフォンの消費電力と発熱について検討を行った。ディスプレイの表示にはバックライトが必要であり、情報を読み取る行為自体に電気エネルギーが使われている。また、高負荷なアプリケーションの使用時にはCPUやGPUが多くの電力を消費し、その結果として熱エネルギーに変換される。私たちのグループは、スマホを長時間使用すると本体が熱くなるのは、電気エネルギーの一部が熱エネルギーとして放出されるためであるという結論に至った。 全体を通じて、日常的に利用している情報端末が、目に見えない形で多くのエネルギーを消費していることを再認識した。特に、熱として失われるエネルギーの多さは、効率的なエネルギー利用という観点から重要な課題であると感じた。今後は、省エネルギー設計や再生可能エネルギーの活用だけでなく、情報利用そのものの在り方についても見直す必要があると考える。本講義を通じて、身近な道具とエネルギーの関係を科学的に理解する姿勢を養うことができた
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A.様々なエネルギーや力学について広く触れた。熱エネルギーはプランク定数×温度、電気エネルギーは電圧×電気量で表される。力学には量子力学、古典熱力学、統計熱力学などがある。原子力学にも触れ、ウランはウラニルの電解還元によって作られることを学んだ。エントロピーの式Ｓ＝ｋｌｎＷで表されこの式によると情報量が増えれば増えるほど熱も放出するようになることが分かる。 この授業での演題は人はなぜ、情報に、エネルギーを使うのかだった。共同著者は小笠原、HUYNHVINH KHANG、山川、久保であった。私たちの班ではゲーミングパソコンをテーマに設定した。6時間使用した際1.2ｋｇＣＯ２/ｈとなることが分かった。使う理由は情報収集、メッセージ等の会話、ゲーム等の娯楽などが挙げられた。 復習では以下の内容を行った。原子力はウラン235などの核分裂反応で得られる莫大な熱エネルギーを利用し、蒸気タービンを回して発電する技術である。化石燃料に比べ二酸化炭素排出が少なく、夜間や悪天候でも安定した大量電力を供給できる点が大きな強みだ。反面、発電後に残る高レベル放射性廃棄物の長期管理や、事故時のメルトダウンリスク、周辺住民への影響など安全性の確保が最大の課題となる。近年は小型モジュール炉（SMR）や廃棄物再処理技術の実用化研究が進み、次世代原子力の社会実装が期待されている。
A.講義の再話 友人や同僚に、エネルギー化学ってどんな学問なのかと聞かれたとき、履修していた者として、伝えられるようにしよう。 化学エネルギーとは、化学物質の形でエネルギー担体に蓄積され、化学物質が化学反応を起こして他の物質に変化するときに放出されるエネルギーである。
A. 光のエネルギーはhν、電気エネルギー[J]＝電圧[V]×電気量[C]、熱はkT[J/K]である。2枚のガラス表面上に付着された被膜が電圧印加に対応して電気化学的な酸化還元反応を起こし、その際に膜の色が変化する現象をエレクトロクロミック現象という。 演題は「人はなぜ、情報に、エネルギーを使うのか」、グループ名は右後ろ、共同著者は福田徳馬、松本碧衣、山口琉夏、私は調査を担当した。スマホについて、スマホは使う際に熱を発する。これは情報処理にエネルギーを使うからである。なぜそこまで使うのかは、情報が「生きるため」、「役に立つから」、「楽しいから」などの理由が考えられる。 復習として、ディスプレイについて述べる。ディスプレイは、文字や画像、映像などの情報を視覚的に表示する装置であり、液晶（LCD）、有機EL（OLED）、LEDなど様々な種類がある。表示原理や発光方式によって、色の再現性や消費電力、視野角に違いが出る。スマートフォンやテレビ、パソコンなど身の回りの多くの機器に使われており、日常生活に欠かせない存在である。映像の美しさの裏に高度な技術があることを知り、興味が深まった。
A.1/講義の再話：「エントロピー」 エントロピーとは、系の乱雑さや無秩序さを表す物理量で、熱力学第二法則に深く関係している。具体的には、エネルギーがどれだけ均等に分布しているか、または利用可能なエネルギーがどれだけ少ないかを示す指標である。孤立系ではエントロピーは常に増大する方向に進み、これが自然な変化の方向を決定づけている。 2/発表の要旨：「人はなぜ、情報に、エネルギーを使うのか」 人は情報を得たり処理したりするためにエネルギーを使うのは、環境への適応や判断、行動の選択を的確に行うためである。情報とは、外界や内部の状態を認識・理解するための手がかりであり、それを処理する行為には必ず物理的なエネルギーの消費が伴う。実際の自分たちもよくゲーミングパソコンを使っている。エネルギーを結構消費するが、自分の娯楽だけではなくて勉強したり情報調べしたりするので、生活に必要だから割に合う。 3/復習の内容：「原子爆弾」 原子爆弾は、核分裂反応を利用して膨大なエネルギーを瞬時に放出する兵器である。主にウラン235やプルトニウム239を核分裂性物質として用いる。臨界質量（反応が連続して進むのに必要な最小の質量）を超えると、中性子の連鎖反応が急速に進行し、極めて高温・高圧の爆発が生じる。1945年に広島と長崎に投下された原子爆弾は、人類史上初めて実戦で使用され、多大な被害を与えた。核分裂によって発生する爆風、熱線、放射線は都市を破壊し、長期的な健康被害も引き起こす。原子爆弾は核抑止の議論や国際的な軍縮問題の中心に位置し、現代社会においても深い倫理的・政治的課題を突きつけている。
A.第15回エネルギーと情報ーディスプレイとエレクトロニクスーでは第15回では、エネルギーと情報の視点からディスプレイやエレクトロニクスの基礎について探求した。青色光は400nm、緑色は500nm、赤色は600nm程度の波長を持つ。波長λ、周波数f、光速cの関係はλ=c/fで表せる。光一つあたりのエネルギーはプランク定数hと周波数νによるhνで与えられる。電気に関しては、電圧と電気量の積がエネルギーとなり、電子1個あたりのエネルギーはeVで計算される。熱についてはボルツマン定数kと温度Tとの積で熱エネルギーが求められる。気体の運動や熱にも気体定数Rが使われ、古典力学から量子力学までのエネルギー観が紹介された。原子力エネルギーE=mc?も学び、ウラン濃縮と核分裂の応用や熱とエントロピーの関係にもふれた。また、液晶ディスプレイやエレクトロクロミズムによるスマートウィンドウの制御、スマホやパソコンで発生する熱、情報とエネルギーの関係など、現代の情報化社会の裏にある物理法則の多様性も浮き彫りとなった。グループワークでは、情報処理によって熱くなる製品の例を挙げ、エネルギー消費と情報技術の密接な関係について議論した。
A. 物理学では、さまざまなエネルギーが定義されている。光子1個のエネルギーは、プランク定数（h）と振動数（ν）を掛け合わせたhνで表される。電気のエネルギーは、電圧と電気量（Wh）の積で計算され、電子1個のエネルギーは、電気素量（e）と電圧の積であるeV（電子ボルト）で示される。熱エネルギーは、ボルツマン定数と絶対温度（T）の積であるkTで表される。ボルツマン定数にアボガドロ数を掛けると、気体定数となる。質量とエネルギーの関係を示す有名な式に、アインシュタインの特殊相対性理論から導き出されたE=mc がある。ここで、Eはエネルギー、mは質量、cは光速を表す。この原理を応用して作られたのが、原子爆弾などの兵器である。エレクトロクロミック現象は、表示素子に応用される技術だ。これは、2枚のガラス表面に付着させた薄膜が、電圧を印加することで電気化学的な酸化還元反応を起こし、膜の色が変化する現象を利用している。この技術は、スマートウィンドウや表示装置などに応用されている。 グーループワークでは、任天堂スイッチの消費電力量について調べた。テレビモードでは7w、ケイタイモードでは4wの消費電力であることがわかった。テレビモードでの発熱量は25,200Jである。 光子について調べた。光子は光や電磁波を構成する最小単位の粒子で、質量ゼロ・電荷ゼロで真空中を光速で移動する。エネルギーは E = h\nu（プランク定数×周波数）で表され、波と粒子の性質を併せ持つ。光子は電磁相互作用を媒介する素粒子でもあり、量子力学で重要な役割を果たす。レーザーや光通信、光電効果などの現象は光子の性質で説明できるとしらべた。
A. 原子力において、原子爆弾と原子力発電はどちらも核分裂のエネルギーを利用するが原理が異なる。原子爆弾は核分裂の連鎖反応を急激に行わせ莫大なエネルギーを放出するのに対し、原子力発電は核分裂を制御しながらゆっくりとエネルギーを取り出している。エネルギーを歴史的に見た時、19世紀以前は古典熱力学であり19世紀ごろから量子力学・統計熱力学が発展した。また、情報にはエネルギーを使う。テレビなど液晶を見るということはダイポールの向きを変えるのに必要なエネルギーを使うということである。 グループワークでは「情報にエネルギーを使う理由」について議論した。情報を提供する工業製品としてスマートフォンを選択した。 情報に熱を使う理由として以下の3つが挙げられた。 ・CPUやGPUが高速に膨大な数の演算をする。 ・ビットの消去、上書き（情報の読み書き） ・通信（電波の発信）に熱が必要 復習として「ウラン」についてさらに調べた。ウランは天然に存在する放射性元素で、主にウラン238ウラン235の2つの同位体から構成される。ウラン235は中性子を吸収することで容易に核分裂を起こす一方、ウラン238は核分裂を起こしにくいが、中性子を吸収することでプルトニウム239に変化する。ウランの同位体分離や再処理技術は、エネルギーの供給や核拡散防止の上で重要な分野であるとわかった。
A.今回の授業では光子一個のエネルギーはE=hνで求められ、hはプランク定数で6.626×10-34J/sでνは振動数でした。また、E=hc/λでも求められ、cは光速で3.00×108m/sで、λは光の波長です。電機は電圧×電気量で表されます。電子一個がもつエネルギーは1eVです。また、E=mc2でもあらわされ、mは質量、cは光速です。ウランは電解法で生成されます。 グループワークでは人はなぜ情報にエネルギーを使うのかを考えました。私のグループではスマホについて調べ、軽い操作で1~3w、負荷が高いゲームで5~10w、充電で約10w使用するということが分かりました。熱くなる理由としては電気エネルギーの一部が熱エネルギーに変換されてしまうためだと分かりました。 ECD（エレクトロクロミック）は、電圧を加えることで色が変化する材料を利用した表示技術で、省電力で視認性が高く、スマートウィンドウや低消費電力表示に活用されるとわかりました。二枚のガラスの表面上に付着
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A.①各エネルギー式の復習、古典力学から量子力学、統計熱力学への転換、ボルツマン定数とエントロピー、ビット数などについて学びました。量子力学では、電子1個当たりのエネルギーを[ev]、気体定数Ｒをアボガドロ数［/mol］で割ることで量子力学における定数であるボルツマン定数［J/K］が求められ、熱エネルギーは「E=kT」と量子力学的に表現できることが分かりました。また、ボルツマン定数を用いるとエントロピーが「S=k ln(W)」(W:状態の数)と式で表現でき、エントロピーはビット数（2進数の数）に等しいことが分かりました。 ②グループ名はC班です。グループメンバーは小野翔太、細井蓮、鈴木晴琉、平方誠二郎、三好駿斗です。発表では、人はなぜ、情報にエネルギーを使うのかについて議論しました。ゲームのプレイ中の映像での消費電力がどのくらいかを調べ、その消費電力はどのくらいの情報量［bit］なのかを計算して考えました。テレビモードのゲーム機では約7W、携帯モードのゲーム機では約４Ｗの電力が消費されており、情報量は32×8 Ｇbit であることが分かりました。 ③復習では、情報量について調べました。ある事象xが活性する確率をP(x)とすると、情報量は「I(x)=-log2 P(x)」で表現されることが分かりました。複数の事象が存在する場合は、確率分布に基づく平均情報量である、エントロピーによって表現されることが分かりました。また、これらの単位はビットであり、ビット数は2進数の数を表します。2進数とは０?９までで表現される通常の10進数を、0か１の2つの数字で表現したものだと分かりました。
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A.①ボルツマン定数とアボカドロ数をかけたものは8.31となり、これは気体定数である。ウラン精製ではウラン塩のウラナス塩への還元反応が起こる。２枚のガラス表面上に付着された薄膜が電圧印加に対応して電気化学的な酸化還元反応を起こし、その際に膜の色が変化する現象をエレクトロクロミック現象という。 ②任天堂のSwitchについて調べた。消費電力はゲームプレイ時は７Wであった。発熱量QはQ=P×t=7W×3600s=25200Jと求められた。 ③液晶ディスプレイは、液晶分子の配列を電圧で制御し、光の透過を調整することで映像を表示する装置である。バックライトの光を偏光フィルターと液晶層で制御し、鮮明な画像を実現する。薄型・省電力であり、テレビやスマートフォン、モニターなど幅広く利用されている。視野角や応答速度の改善も進んでおり、技術の進化により高画質化が加速している。
A. 第15回の講義では、様々なエネルギーがどのような式で表されるかについて理解を深めた。例えば、光子1個のエネルギーはｈνで表される。また電気は電圧×電気量で、電子1個のエネルギーは電気素量×電圧で、音子1個のエネルギーはボルツマン定数×温度で表されると確認することができた。さらに、エレクトロクロミズムという言葉を初めて知った。エレクトロクロミズムとは、電圧を加えることで物質の色が可逆的に変化する現象である。薄膜が電圧印加に対応して電気化学的な酸化還元反応を起こし、その際に膜の色が変化することにより生じると学んだ。 グループディスカッションでは、「演題：人はなぜ情報にエネルギーを使うのか（グループ名：左前、共著者名：大濱風花、山根寿々、向田有稀、松原周凛、西島光汰朗、役割：発言者）」について議論を進めた。私たちは、使用し続けていると熱くなる工業製品としてスマートフォンを選んだ。スマートフォンの待機消費電力について、スリープ時は１?50mW、画面がついているときは数百mW、ゲームなどをしている際は２?５Ｗであることが分かった。このことから、通信や情報を多く必要とする場面では、端末はエネルギーを多く使うということが読み取れる。 今回のディスカッションではスマートフォンという機械端末について考えたが、ヒトの体内でも同じような現象が起こっていると考えられる。例えば、計算問題を解くといった頭を使う作業を行う際は糖分不足になりやすいと言われている。これは、脳が活動エネルギーとして大量のグルコースを消費するからである。脳を使うと神経細胞間のシナプスを介した情報伝達が盛んになり、グルコースが急速に消費されるのである。つまり、ヒトの脳もスマートフォンと同じように、多くの情報を処理する必要がある場合に多くのエネルギーを要すると捉えることができるのではないだろうか。
A.①第15回はエネルギーと情報についての授業であった。光子1個あたりのエネルギーは?νで表され、電子1個当たりのエネルギーは1eⅤ(電気素量×電圧)で表され、熱エネルギーはkT(ボルツマン定数×温度)、1?当たりの熱エネルギーはボルツマン定数×アボガドロ数で気体定数Ｒになる。19世紀まで熱力学で表されていたエネルギーは量子理化学に変わり古典熱理化学から発展してきた。ウランの濃縮にはウラン精製の際のウラニル塩のウラナス塩への還元も従来の水素還元法に代わり、イオン交換膜の進歩により電解法の適用が可能になった。また、エレクトロクロミズムとは2枚のガラス表面上に付着された薄膜が電圧印加に対応して電気化学的な酸化還元反応を起こし、その際に膜の色が変化する現象である。人間が同じ姿勢を保つにはエネルギーは使わないが、エントロピーを消費する。そのため同じ姿勢を保つ、バケツを持つという罰は疲れる。 ②授業最後の演習として、なぜ情報にエネルギーを消費するのか、厚くなる工業製品の待機消費電力を調べた。班名は左前で、班員は大濱風花、立花小春、西島光太郎、向田有稀、松原周凜、山根寿々の６人であり、役割は発言である。熱くなる工業製品としてスマートフォンを選んだ。スマートフォンの待機消費電力はスリープ時が1?50mWであり、画面ONの時が数百mWであり、ゲームなど起動時は2?5Wであった。よって、モバイル通信やWi-Fi接続に通常の10倍以上の電力を消費していることが分かった。 ③この授業の復習として原子力について調べた。原子力とは原子核のエネルギーを利用する技術である。重い原子核に中性子をあてると、原子核が分裂し、より軽い原子になる。この過程を核分裂といい、この際に莫大なエネルギーと中性子が発生する。この連鎖反応を利用して発電などを行う。原子力を利用した発電は高エネルギー密度であることや温室効果ガス排出量が少ないことなどのメリットが存在するが、放射性廃棄物の課題や事故のリスクが大きいことなどのデメリットがある。
A.これまでの復習も踏まえ、各エネルギー種について学ぶ。光のエネルギーEはｈνで表され、ここでのｈはプランク定数、ν光の周波数であり、電子一個のエネルギーはeVで表される。一粒子当たりの熱エネルギーはｋTで表され、ｋはボルツマン定数であり、1.3806×10＾－23ｊ/ｋとなる。ここで一粒子当たりではなく１モルあたりだとＲＴとなり、Ｒは気体定数である。光速はｃで表され、質量とエネルギーの等価性を表すものとして有名なＥ＝ｍｃ＾2の式に用いられる。こうしたエネルギーはディスプレイ画面の表示にも使われており、電子回路が情報を処理し、蛍光体や有機ELなどの発光材料が電気エネルギーを光に変えて映像として表示する。 グループワークでは「スマホのCPV(中央処理装置)」について調べた。1hゲームをプレイしたときの消費電力は約4W(2?6W)である。よって一時間プレイしたとき4Whとなる。これは「ミニ扇風機(ファンディーファン)」と同じ消費電力である。ミニ扇風機と同じ消費電力と考えたときに多くの量を使用しているとは感じなかった。このことから私たちの班では使用してもよいという結果が出た。 光エネルギーとでスプレイなどの画面表示について調べた。ディスプレイは光エネルギーを制御して情報を視覚化する装置である。液晶ディスプレイ（LCD）ではバックライトの光を偏光板や液晶分子で調整し、画像を表示するが有機EL（OLED）ディスプレイは電気エネルギーを直接光に変換する自発光素子で、高コントラストや広視野角を実現している。これらのディスプレイは、発光材料や光学設計により色再現性や輝度が向上しており、光エネルギーの効率的な変換と制御が重要である
A.１．光には波長があり、およそ６００で赤色、400で青色、と波長の長さによって異なる色が割り当てられる。この光もエネルギーをもっており、hνで表すことができる。他にも、電気エネルギーには、電圧と電気量の積を用いたり電子一個を表すエネルギーの単位としてeV（エレクトロンボルト）がある。他にも熱エネルギーでは、kTで表したりすることができる。ここでKはボルツマン定数のことであり、およそ1.38*10^-23である。 他にも原子爆弾などのエネルギーに使われる式としてE=mc^2がある。 ２．私たちのグループでは、グループ名をC班とし、ニンテンドースイッチ（ゲーム機）による発熱量について調査し、ディスカッションした。 情報量としては、一般的なもので32ギガバイトであった。また、携帯モードと、TVモードでは、TVモードの方が消費電力がおよそ2倍大きいことが分かった。 ３．量子力学について調査した。量子力学は、その最小単位の粒子の振る舞いを研究する学問である。 アインシュタインの提唱した「一般相対性理論」は宇宙の膨張やブラックホールといった主に大きなスケールの現象を説明するのに用いられるが、「量子力学」は、私たちの体の100億分の1くらいの大きさで起こる小さなスケールの現象を説明するのに主に用いられる。
A.①光子エネルギーはhν、電気エネルギーは電圧×電気量(電子1個当たり eV)、熱エネルギーは音子1.38×10^-23J/Kである。量子力学とは原子や電子のようなミクロな世界の物理現象を扱う理論体系である。古典熱力学とは物質の温度、圧力、体積などの性質を扱い、熱とは仕事の変換や、熱平衡状態の変化を表すことである。統計熱力学とは、熱力学的な現象を多数の粒子から構成される径の統計的な性質として理解しようとすることである。 ②発表ではスマホについて情報に熱を使う理由を調査した。CPUやGPUが高速に膨大な数の演算をするから。ビットの消去・上書き(情報の読み書き)をするから。通信(電波の発信)に熱が必要とされるから。 ③復習ではウランの生成について調査した。ウランは、主にウラン鉱石を採掘・精製して得られる。この過程でウラン鉱石からウラン化合物を抽出し、濃縮して燃料として利用できる状態にする。また、使用済みの燃料からプルトニウムやウランを回収する再処理によっても生成する。
A.この講義では今まで学んできた示量因子および示強因子をまとめて、熱や電子の持つエネルギーの式を復習した。またそこから情報量の単位について学んだ。例えば15Gbyteという単位はbitに直すと15×8Gbitであり、それをさらに直すと15×8×10?bitとなる。さらに原子の持つ原子エネルギー（核エネルギーとも呼ばれる）についてはE＝mc?で表され、ウランをイオン交換膜などを用いて生成する（UO???→U??）際によく使われるが、これを利用したもので原子爆弾など多くの人の命を奪うようなものもあれば原子力発電所のように大勢の人の役に立つような使い道もあるので、今後我々は技術およびエネルギーの使い道についてよく考える必要がある。 発表ではパソコンに使われるメモリに関する調査を行った。パソコンのメモリとして1950年には磁気コアメモリと呼ばれるトロイド型の磁器コアにビットを保存するものが使われており、そこから1970年にSRAMと呼ばれる高速だが高コストのメモリやDRAMと呼ばれる大容量なメモリが開発されるに至った。さらにはその進化系としてDDR2やDDR3...といった容量や速度が向上したものが開発され今日に至る。 復習では普段からゲームをよくプレイするためディスプレイの性能を決める要因について調査を行った。ディスプレイの性能を決める主な要因は画面の細かさを示す解像度、映像の滑らかさに関わるリフレッシュレート、残像の少なさを左右する応答速度であり、それらに加えて色の鮮やかさや階調の幅を示すコントラスト比や画面の明るさを示す輝度、そしてパネルの種類によって決まる視野角や色再現性も重要な要素となる。これらの特性が総合的にディスプレイの品質を決定しているということが分かった。
A.
A. 光子1個当たりのエネルギーはプランク定数(6.626×10-34Js)と光の振動数(Hz)の積で求めることができる。また、電気は電圧[V]と電気量[C]の積で求めることができる。加えて、電子1個当たりのエネルギーも電気量と電圧の積で求めることができる。熱エネルギーはボルツマン定数ｋ(1.38×10-23J/K)と温度Ｔ[K]の積で求められる。ボルツマン定数にアボガドロ数6.23×1023をかけると気体定数Ｒとなる。 グループワークでは人はなぜ情報にエネルギーを使うのかを考えました。私のグループではスマホについて調べ、軽い操作で1~3w、負荷が高いゲームで5~10w、充電で約10w使用するということが分かりました。熱くなる理由としては電気エネルギーの一部が熱エネルギーに変換されてしまうためだと分かりました。 授業で取り扱ったエレクトロクロミックについて詳しく調べた。エレクトロクロミックとは、電気化学的な酸化還元反応により材料の色や透明度が可逆的に変化する現象である。代表的な応用例として、ボーイング787の調光窓や自動車の防眩ミラー、電子ペーパーなどがある。特に建築分野では、調光ガラスとして採用され、自然光の調整による省エネや快適性向上に貢献している。無機系は安定性に優れ、有機系は色彩の調整が可能で、今後のスマートウィンドウ技術として期待されている。
A.①光のエネルギーがhνで表される。ｈはプランク定数、νは振動数である。電圧×電気量が電気であり、これはWhで表される。電気素量×電圧で電子一個あたりがわかる。熱はKTである。Kはエンタルピーで1.38×10-23J/Kであり、これにアボカドロ数を掛けると、8.314である。一モル当たりで考えると気体定数Rとことがわかった。また、エレクトロクロミック現象とは現代の電気化学p195にあるとおり、二枚のガラス表面上に付着された薄膜が電圧印加に対応して電気化学的な酸化還元反応を起こし、その際に膜の色が変化する現象である。 ②「人はなぜ、情報に、エネルギーを使うのか」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「スマホのCPV(中央処理装置)」について調べた。1hゲームをプレイしたときの消費電力は約4W(2?6W)である。よって一時間プレイしたとき4Whとなる。これは「ミニ扇風機(ファンディーファン)」と同じ消費電力である。ミニ扇風機と同じ消費電力と考えたときに多くの量を使用しているとは感じなかった。このことから私たちの班では使用してもよいという結果が出た。 ③グループワークではスマホの中央処理装置の消費電力を調べた。スマホ全体の消費電力を調べると1時間ゲームをしたと仮定したときの消費電力は0.01kWhであることがわかった。このことから1時間ゲームした時、10Wの電力が消費されることがわかった。これは、空気清浄機の消費電力に近しい値である。このことからスマートフォン全体の使用電力量から考えると、スマートフォンの長時間の使用は控えたほうがいいと考える。
A. エネルギーについての電位、つまりE=○○の形で表すものについて学んだ。光エネルギーは光子1個でhν、熱エネルギーは音子としてkT、電気エネルギーは電子としてeV、力学エネルギーではmc^2として表現されていた。 発表では、人はなぜ、情報にエネルギーを使うのかという課題で、スマホという情報取得に用いる機械の使用に係る電力量というエネルギーを求め、発表した。また、これまでの講義で学んだことについてのグラフィカルアブストラクトを行った。 復習として、アインシュタインの特殊相対性理論の中で導き出された、質量とエネルギーの等価性を示す式について考えた。質量は、それ自体がエネルギーの一形態である、つまり質量とエネルギーは本質的に同じものであるということをこの式は示しており、原子力発電などでの核分裂や核融合で質量の一部が失われる工程が、その「失われた質量」がエネルギーとして放出されるという理解に深く貢献している。
A.①③エントロピーはJ/Kで表される物理量であり、さらに、ボルツマンによってS=klnWと定義された。ここで、kはボルツマン定数で、Wは状態数を表している。一番最初に記述したように、マクロな定義では熱力学との関わりがあることがわかる。 次にウランの濃縮について考える。天然ウランは質量数が238のものが99％以上で、残りの1％弱が質量数235のウランである。原子力発電や核兵器には核分裂しやすい観点から質量数235のウランが必要である。そのため、U-235の割合を高める技術が濃縮という。濃縮方法は、おもに1種類である。UF?ガスを高速回転させることで、軽い質量数235のウランを内側に集めることができる。 最後に、エレクトロクロミズムについて記述する。エレクトロクロミズムとは、電圧を掛けると、色が変わる材料の性質のことである。プルシアンブルーは有名である。 ②グループワークでは、人がなぜ、情報にエネルギーを使うのかを議論した。その回答として、最も大きいのは、情報そのものがエネルギー効率を高める手段であるからだと考えた。交通情報や、市場情報、医療情報など身近にエネルギー消費の最適化手段はたくさん存在している。 また、情報は環境に適応するための武器だと考える。生物は、外界からの情報を脳で処理し、それに応じて行動を決定する。つまり情報処理とは、行動を選ぶための意思決定であり、それはエネルギー効率を高めるための行為でもある。ここでは、スマートフォンの待機消費電力について記す。スリープ時には1?50mW、画面オンでは、数百mWの電力を消費していると
A. 身の回りに存在する様々なエネルギー形態に焦点が当てられた。太陽光のような光エネルギーから、熱、電気、さらには原子力に至るまで、それぞれがどのように変換され、利用されているのかを学んだ。特に、電圧や色の変化を電気的に制御する「エレクトロクロミズム」は、スマートウィンドウや次世代ディスプレイなど応用範囲の広い技術であることを知り、非常に興味深かった。 ナトリウムイオンを例に、イオンの移動度から泳動速度を求める計算を行った。電場中におけるイオンの速度は、移動度と電場強度の積で与えられ、電気泳動などの分離分析手法において重要な指標であることを確認した。 水和イオン半径や溶液の粘度、温度などが移動度に与える影響を調べ、実際の測定値との整合性を検討した。イオンの動きが医療や生命科学分野の分析技術においても応用されていることを学んだ。
A.光子のエネルギーはhνで表され、hはプランク定数、νは振動数である。これは、19世紀以降に発展した量子力学の概念であり、それまでの古典熱力学や古典力学とは異なるものである。エネルギーの単位は、電気エネルギーであれば電子1個あたりeV、熱エネルギーであればk(B)Tで表されます。ここで、k (B)はボルツマン定数で、気体定数Rと密接に関係している。古典力学では位置エネルギーmghや運動エネルギー1/2mv^2などで考えられていたが、量子力学の登場により、原子・分子レベルの現象がより正確に記述できるようになった。エネルギーの応用例として、ウラン235の核分裂がある。これを一気に開放すると原子爆弾となり、制御棒で調整しながら利用すれば原子力発電となる。また、熱力学第二法則に関わるエントロピーは、S=Q/Tや、ボルツマンの式S=(B)lnWで定義される。液晶は、ダイポール（双極子）の向きを変えることで表示を変化させる。また、エレクトロクロミズムは、電気的な酸化還元反応によって膜の色を変化させる技術である。情報の単位としては、15ギガバイトが15×8×10＾9ビットに相当する。 パソコンにはメモリがあり、1950年は磁気コアメモリが利用されていて、1970年には高速で高コストのSRAMと大容量のDRAMが出てきた。2000年には、容量と速度が拡大したDDR2とDDR3が登場した。現在はDDR4が一般的で、さらに新しいDDR5がハイエンドモデルに搭載されている。
A.① 今回の授業では、λ=c/fについて初めに学んだ。Cは光の速さ、光のエネルギーがhνで表される。Hはプランク定数、νは振動数である。電圧×電気量が電気である。これはWhである。電気素量×電圧で電子一個あたりがわかる。熱はKTである。Kはエンタルピーで1.38×10-23J/Kである。これにアボカドロ数を掛けると、8.314である。一モル当たりで考えると気体定数Rとなる。原子エネルギー、ウランの精製方法は現代の電気化学のp138ページに示されている。エレクトロクロミック現象とは現代の電気化学p195にあるとおり、二枚のガラス表面上に付着された薄膜が電圧印加に対応して電気化学的な酸化還元反応を起こし、その際に膜の色が変化する現象である。通信のギガはエントロピーを表す。 ②グループワークでは「スマホのCPV(中央処理装置)」について調べた。1hゲームをプレイしたときの消費電力は約4W(2?6W)である。よって一時間プレイしたとき4Whとなる。これは「ミニ扇風機(ファンディーファン)」と同じ消費電力である。ミニ扇風機と同じ消費電力と考えたときに多くの量を使用しているとは感じなかった。このことから私たちの班では使用してもよいという結果が出た。 ③ 今回の授業では、光や熱、電気に関する基本式を学び、電気素量や気体定数との関係を理解した。また、電気化学におけるウランの精製やエレクトロクロミック現象、通信とエントロピーの関係についても学んだ。
A. 光子１個のエネルギーはEで表すことができる。E＝ｈν＝ｈｃ/λとなる。熱エネルギーはｋＴで表すことができる。ｋは１．３８×10^23J/Kとなる。ボルツマン定数×アボカドロ定数は気体定数R＝8.314となる。PV=ｎRTのPVは運動エネルギー、ｎRTは熱エネルギーとなる。電気エネルギーはFE、eVとなる。位置エネルギーはｍｇｈ、1/2ｍv^2となる。E=mc^2より、質量１ｋｇは、光速の2乗を掛けることによって、エネルギーに変化する。 原子エネルギーについて学んだ。ウラン精製を行う際に、ウラニル塩からウラナス塩への還元が起きる。 エレクトロクロミック現象とは、2枚のガラス表面上に付着した薄い膜が電圧印加に対応することによって、電気化学的な酸化還元反応を起こす。そして、このときに、膜の色が変化する現象である。スマホのG(ギガ)はエントロピーを表す。 任天堂スイッチの発熱量についてグループワークを行った。スイッチはTVモードで７Wの消費電力となる。よって、1時間使用したと考えて、発熱量は７×3600＝25200Jとなった。
A. 量子力学ではE=hν、統計熱力学ではエントロピーS=kBlnWなどが重要である。古典熱力学ではPV=nRT、古典力学では力学エネルギーの保存も用いる。ウラン235と238の濃縮は核燃料の重要技術である。エレクトロクロミズムは外部から電圧を加えることで物質の色が可逆的に変化する現象であり、調光ガラスやウェアラブルデバイスのディスプレイなどの情報材料に応用される。 人はなぜ、情報に、エネルギーを使うのかの発表ではスマートフォンのエネルギーを選んだ。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、浄閑祐輝、小池快成、榎本理沙であった。また、私の役割は調査であった。軽い操作は1～3W、負荷の高いゲームでは5～10W消費し、充電では約10Wの電力が供給されていることがわかった。また、スマホが熱くなるのは電気エネルギーの一部が熱エネルギーに変化することが原因であることがわかった。 平常演習のディスプレイを調べてみようでは液晶ディスプレイは液体と固体の中間の性質を持つ物質で構成されていることがわかった。また、電圧をかけることで分子の向きが変化することにより、光の偏光状態が変化し、バックライトからの光を通すか遮るかが制御されるということがわかった。
A.【講義の再話】 電子一個が持つ電気エネルギーは電気素量といい、evで表される。 熱エネルギーはktで表される。ｋはボルツマン定数であり、光子一個につき1.38×10＾-、一モルあたりになおすと8.314になり、これは気体定数である。 量子力学の?・mv＾２という式は、質量をもったものが実際に動いている際に用いることができる。これを古典力学やニュートン力学ともいう。 この式は原爆にも利用された。通常のU238ではなくU235とジルコニウムを用いて出力を調製し、生まれた熱でタービンを回すことで原子力発電を行っている。 今日は今まで習ったほかに原子エネルギーを学んだ。 液晶はバイポーラアンテナの向きを変えるためにエネルギーを使っている。他にも異なる化学物質にすることで、透明なものに色を付けたりすることができる。これをエレクトロクロミズムといい、電気化学反応を用いてディスプレイを変化させる。 ギガとはエントロピーを示す。ギガが増えるほど、情報が増えるほど熱エネルギーは増える。 【発表の 要旨】 演題は情報のために熱くなっている工業製品について、グループ名はSwitchであった。グループに属した人は高橋香桃花、原野美優、大阪琉音、鈴木結唯、増子香奈であった。 任天堂Switchについて議論した。私は調査係としてSwitchの消費電力について調査を行った。Switchはゲームプレイ時テレビモードで約７W。携帯モードで約４ｗの電力を使用することが分かった。発熱量をQ、消費電力をｐ、使用時間をｔとすると、Q=P×ｔという式が成り立ち、一時間テレビモードで使用したとすると２５０００Jの発熱が発生したことが分かった。 【復習の内容】 気体定数R気体について復習した。気体定数Rは温度×エントロピーであり、1molごとの単位である。一流紙あたりになおすとボルツマン定数になることが分かった。
A.
A.欠席しました。
A.①今までの講義を振り返り、ポスターを描きました。またなぜゲーミングpｃは使用すると熱くなるかなど、情報とエネルギーの関係性について学びました。 ②グループワークではスマートフォンを例として情報を得ることで熱くなる機器として調べました。CPUやGPUが高速に膨大な数の演算をすることで多くの電流が流れて回路が発熱することが要因だと考えられました。ビットの消去、上書きや通信に熱が必要となることもわかりました。 ③講義全体を振り返りました。
A.
A. ①テーマはディスプレイとエレクトロニクスについてである。まず、古典熱力学の時代には気体定数Rで表された式が多い。しかし、古典熱力学より後の時代は、気体定数をアボガドロ定数で割ったボルツマン定数kで表された式が多い。次に、ディスプレイの表示を変えるということはダイポールの向きを変えるということである。そして、エレクトロニクスに関わるエレクトロクロミックとは、2枚のガラスの表面に付いた薄膜が電圧の印加に応じて、酸化還元反応を起こして、薄膜の色が変化することである。 ②機器の消費するエネルギーの発表では、パソコンのメモリを選んだ。グループ名はメモリーであり、グループのメンバーは私を含めて山口竜樹、須藤春翔、藤森隼也であり、私の役割は調査であった。パソコンのメモリは年代によって異なっており、DDR4/DDR5に着目すると1枚当たり2W?5Wであると調べられた。 ③15-00【平常演習】「原子力について調べてみよう」で取り組んだ内容を次に示す。原子力発電では、原子炉の中で核分裂が起きた際に出るエネルギーで水を沸騰させて蒸気にして、その蒸気でタービンを回すことで電気を生み出している。原子力発電は多くの技術者によって成り立っているが、現在は技術者の不足が深刻化している。このような技術者不足を解消するためには、原子力に対するネガティブなイメージを変えていく必要があると考える。そのため、工学部の視点から考えると正しい知識を身に付けて、その知識をSNSなどで発信するべきであると考える。
A.今回の講義は色々なエネルギーについて考えました。初めに光エネルギーについて考えました。hνで表せることができ、hはプランク定数で光１個当たりのエネルギーとして表されました。次に電気エネルギーについて考えました。電気エネルギーは電圧×電気量で表されることがわかりました。E=qVの式で表され、電気量qに対するエネルギーで表されることがわかりました。電子１個あたりはeVとなりました。次に、熱エネルギーについて考えました。熱エネルギーはE=KTの式で表せることがわかりました。Kはボルツマン定数であることがわかりました。これは粒子１個あたりの熱エネルギーになることがわかりました。また、ボルツマン定数×アボガドロ定数で、私たちがよく使う8.314になることを知れました。また、気体の状態方程式についても学びました。PV=nRTで表されることができ、nがモル数で、Nが分子数であることがわかりました。また、ウランの濃縮についても学びました。 グループワークでは、ゲーミングパソコンを６年間使う場合の電気量を求めました。
<!-- 課題 課題 課題 -->
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<!-- 課題 課題 課題 -->
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。
