④エネルギー化学

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令和6年3月1日

エネルギー化学
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# ◇
04.電気と化学―電池と豆電球のつなぎ方と電流・電圧の測り方―

# https://a.yamagata-u.ac.jp/amenity/~host/yz/c1/Education/EChem.asp

山形大学
工学部
化学・バイオ工学科
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C1
📛
立花和宏

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エネルギー化学
Web Class
syllabus
53209
📆
水
🕥10:30- 🕛12:00
（
暦
）
仮想教室中示範B
C1
zero
zoom
講義ノート

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00
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キカイダーには
良心回路が装備されていたというが、どんな回路だったのだろうか？

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01
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図
1 .
デジタル式回路計（テスター）による
電圧の測定の仕方
化学実験Ⅰ
エネルギー化学
1
)

水を電気を使わらずに酸素と水素に分解するとしたら、どのような方法が考えられるか？またそのときどのような課題を解決しなければならないか？

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02
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## 電気用図記号と回路図

## 電気用図記号と回路図の書き方

図
2 .
電池を使った単純な回路（豆電球の点灯）

©Copyright K.Tachibana all rights reserved.

04
06
エネルギー化学
07
工業技術概論
CMCR1212
ST1128

電気回路図の記号は電気用図記号は
JISで定められており、考えたところでもムダなので、読み書きを練習して慣れるしかありません。

電池、結線、スイッチ、電球、
電気抵抗、
コンデンサ、
コイル、電圧計、電流計、検流計などは最低限覚えましょう。

Z. ⑧おもな電気用図記号, ⑤
小林一也.
工業技術基礎 .
実教出版,2002-2-20 （ 参照 2021-5-18 ） .
Z. ⑨おもな構内電気設備の配線用図記号, ⑥
小林一也.
工業技術基礎 .
実教出版,2002-2-20 （ 参照 2021-5-18 ） .

電気用図記号と回路図の書き方を復習しておこう。

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……
✏ 平常演習

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03
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### ？
電気用図記号や配線用図記号を描いてみよう

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04
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### 電気用図記号

表
1 .
電気用図記号

名称
図記号
摘要
抵抗器
電気抵抗
1次電池
2次電池
計器
*
アスタリスクは、種類を表す文字または図記号に置き換える。
A、V、Wなど。

04
エネルギー化学
07
工業技術概論
等価回路
SVG
ST
2023

JIS C による
2
)

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05
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図
3 .
銅クーロメーターによる
電気量の測定
01.
化学実験Ⅰ
04,
05,
06.
エネルギー化学
3
)

物質量n〔mol〕と
電気量n〔C〕
は比例します。これを
ファラデーの電気分解の法則と言います。
比例定数はファラデー定数F＝96485.3415〔C/mol〕です。

ファラデーの法則を使って電気量を測る装置を
クーロメーターと言います
4
)
。

銅クーロメータの実験の回路図を電気用図面を使って書いてみよう。

電圧計と電流計のつなぎかた
電池と豆電球のつなぎ方と電流・電圧の測り方

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06
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## 回路計・オシロスコープの基礎知識

## 図
デジタルマルチメータの使い方 （ 検索 ）
電流

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07
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### 回路計・オシロスコープの基礎知識

表
2 .
回路計・オシロスコープ

装置
アナログ式
デジタル式
回路計
電圧、電流、抵抗を測定できる。
対象にテスト棒（プローブ）を接触させる。
量は指針の角度（長さ）に変換される。
目盛板があり、指針から値を読み取る。
目盛りは数字で表示される。
量は
ＡＤ変換によりデジタル情報に変換される。
仕様で、入力インピーダンス、
レンジ、
分解能、測定精度、確度などを確認すること
*
。
オシロスコープ

04
エネルギー化学
07
工業技術概論

回路計の選び方。アナログ式回路計とディジタル式回路計があります
5
)
。
入力インピーダンスはできるだけ高いものをを選びましょう。
ディジタル式回路計の例です。電圧、電流、電気抵抗、周波数などが測定できます。
電流計として使うときは、回路に直列に挿入して使うのが原則ですが、
初心者が回路に並列に入れて破損してしまうことが多いせいか、低価格帯のディジタル式回路計では電流測定機能のついていないものもありますので、購入時は注意しましょう。

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08
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### １１円電池

コイン電池 を作って、そのの電圧を測ってみよう。

図
4 .
11円電池（人間電池）

©Copyright 2017-2024 Kazuhiro Tachibana all rights reserved.

電池式
：
アノード
(-)
🪙一円玉
｜🖐人間
｜🪙十円玉
(+)
カソード

04,
07
エネルギー化学
01.化学・バイオ工学実験
電池の歴史
JK0209
JK0209
ST1128
CMC1210
GT1217
ST1224
JK0216
HJ0412

てのひらに、１０円と１円をのせれば、
電気化学の三要素
がそろって、電池になります。
デジタル式回路計で、
電圧を測定すると、０ではありません。
これが
電池の起電力です。
電流が流れていないにもかかわらず電圧があるのです。
電池では、電流と電圧が、そのまま比例しません。
電池は単なる電気抵抗ではないのです。
化学反応が電気を起こしているのです。
１１円電池は、
ガルバニ電池と言っていいでしょう。

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09
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### 回路計で測れる物理量

表
3 .
回路計で測れる物理量

物理量
単位
備考
電圧 V
V
乾電池の
開回路電圧は1.65V。
乾電池
の公称電圧は1.5V。
ダニエル電池の
起電力は、1.1V
水の理論分解電圧は1.23V。
電流
I
A
豆電球の電流は
0.5A。
ぽちっと光ったＬＥＤの電流は1mA。
電流密度＝電流÷電極面積
I=
ⅆ
Q
ⅆ
t
時間
t
s
電気量
Q
C
Q
=
∫
I
⁢
ⅆ
t
🖱
電気エネルギー
は
電気量×電圧
電気抵抗 R
Ω

R
=
ⅆ
V
ⅆ
I
,
V
=
R
I

静電容量
C
F
(
ファラッド
)

C
=
ⅆ
Q
ⅆ
V
,
V
=
1
C
∫
I
⁢
ⅆ
t

インダクタンス
L
H
(
ヘンリー
)

L
=
V
ⅆ
I
ⅆ
t
,
V
=
L
ⅆ
I
ⅆ
t

04
06
エネルギー化学
01
化学・バイオ工学実験
🖱
電気エネルギー
ST2023
ST2022
1210
1217

※数式
※ 電気にまつわる量

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10
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### 電気エネルギー

### 図
5 .
電気エネルギー

©2022
K.Tachibana

🖱
01
エネルギー化学
q.064
04
エネルギー化学特論
04
技術者倫理
javascript→
canvas→
png →
svg →
asp
→
html

エネルギー〔
Wh(ワットアワー)
〕＝示強変数×示量変数

電気エネルギー（電力量）〔Wh〕＝電圧〔V〕×
◇電気量〔
Ah(アンペアアワー)
〕

電気エネルギー〔Wh〕＝電圧〔V〕×
◇電流〔
A(アンペア) 〕×時間〔h〕

電気エネルギー〔Wh〕＝電力〔
W(ワット) 〕×時間〔h〕

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### ポテンショメーター

図
6 .
電位差計（ポテンショメーター）の原理（電池の起電力）

(©2015
小野寺伸也）

02
化学実験Ⅰ
01
07
エネルギー化学
07
工業技術概論
08
品質管理

鮫島実三郎.
物理化学実験法. 裳華房(1927初版),p.266
吉田卯三郎, 武居文助共著. 物理学実験. 三省堂(1940初版),p.215
田 薫、原納 淑郎、鈴木 啓三.
応用物理化学II. 培風館(1985).p.191

米沢高等工業学校本館の
電気・通信科展示室（教室）に
電位差計があります。

電池の起電力を簡単に測るには、ディジタル回路計を使う方法があります。
ただその場合、ディジタル回路計の入力インピーダンスによっては測定誤差が大きくなるので、
電極電位を測定するには電位差計を使います。
電位差計は原理的にもっとも正しいのですが、現在では電子回路を使って同等の性能を示すエレクトロメーターをうのが一般的です。エレクトロメーターは、ポテンショスタットの機能として実装されていることが多いです。

ピカッとさいえんす
「 宇宙へ行った電池 」

山下省蔵,
工業技術基礎
,実教出版
, 直流・交流回路の基礎知識
, p.111, (2013).

時間とともに向きと大きさが変わる電流を交流といいます。交流の大きさを表す方法にはピークトゥピークや実効値があります。
回路計に表示される交流電圧は実効値です。

図
交流の大きさ

コンセントの電圧を測ってみよう

電気回路に出てくる受動素子の種類は電気抵抗（レジスタンス）、静電容量（キャパシタンス）、インダクタンスの三種類しかありません。
これらを組み合わせた交流の流れにくさを複素数で表したのがインピーダンスです。

オシロスコープで交流の振幅や位相角を測定します。
信号の電位の基準を示すシグナルグラウンドと安全のためのアースは違います。ノイズの原因となるのでそれらを不用意に接続してはいけません。

交流インピーダンス法による電池やキャパシタの評価
オシロ
keisan:正弦波
ピカッとさいえんす

フリーサーキット
回路計の選び方
秋月通商
オシロスコープ

### 直流・交流回路の基礎知識

その回路図をみたとたん、斉藤は顔をそむけた。

「オレ、電気回路って苦手なんだよな」

そんな斉藤をたしなめながら、鈴木がひとつひとつ丁寧に回路図を説明してゆく。

「どこで苦手意識を刷り込まれたんだかしらんけどな、電気回路の記号とか化学式とかって文字といっしょで、コミニュケーションツールだよ。
便利さを実感するまで、もうちょい辛抱してつきあえや。慣れだよ、慣れ。
」

斉藤はめんどくさそうに鈴木の言葉に耳を傾ける。

「この線は、導線。電気の流れる道路だ。必ず一周してもとに戻る。だから回る路と書いて回路だ。途中で途切れることはない。・・・」

電池、スイッチ、豆電球を銅線で接続した図を実体配線図といいます。このように電流が流れる道筋を電気回路または回路と言います。
実体配線図を電気用図記号で表したものを回路図といいます。
電気用図記号はＪＩＳに定められています。

電池の記号は電池（セル）を図案化したものです。電解実験では槽電圧と通電電流を測定しましょう。

直列につないだ合成抵抗はそれぞれの抵抗の代数和になります。
キルヒホッフの法則では、起電力の和は電圧降下の和になります。

電気抵抗の概念図
（
©2016
赤間未行
,C1 Lab.）
交流インピーダンス法による電池やキャパシタの評価

電気用図記号新旧対照表

山下省蔵,
工業技術基礎
,
実教出版
, 直流・交流回路の基礎知識
, p.111, (2013).

### 物理量

### 化学実習の基本操作の基礎知識

廃液は保存します。

フリーサーキット

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発展：
エネルギー変換化学特論
交流インピーダンス法による電池やキャパシタの評価
次回：セルの組立―電池式の書き方と電極の呼び方―

©2024 Kazuhiro Tachibana

このマークは本説明資料に掲載している引用箇所以外の著作物について付けられたものです。

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エネルギー化学

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受講にあたって

- 予習報告書
05_52255.html
WebClass
成果の公開
過去バージョン
- 1 .
◇
量と単位－自然界を測るものさし－
- 電力と電力量
エネルギーの単位－ワットアワーとジュール－
量の歴史と単位
測定値と精度、有効数字と概数
- 2 .
◇
エネルギーと生活－動力と電力－
- ◇
生活―暖房・給湯と熱量―
◇
自動車と動力（ＨＥＶ・ＥＶ・Ｅ２Ｈ）－燃費から電費へ－
情報とエネルギー
◇
COP28、化石賞
- 3 .
◇
材料と電気－化学結合の種類－
- 電子伝導とイオン伝導－キャリアの種類－
エネルギーと物質
電気を流す固体と流さない固体－金属、半導体、固体電解質－
電子伝導とイオン伝導－キャリアの種類－
電気を流す液体と気体－溶融金属、溶融塩、電解液、プラズマ－
電気の流しやすさ－導電率、濃度、移動度－
- 4 .
◇
電気と化学―電池と豆電球のつなぎ方と電流・電圧の測り方―
- 電気用図記号と回路図
回路計・オシロスコープの基礎知識
電流・電圧の測り方（コンセントの電圧は？）
ポテンショガルバノスタットの使い方
- 5 .
◇
セルの組立―電池式の書き方と電極の呼び方―
- 電池式の書き方と電極の呼び方
２極式セルと３極式セル－作用極、対極、参照極－
電解液と塩橋
- 6 .
◇
電気分解とファラデーの法則―銅クーロメーターと電気めっき―

- 銅めっき
米沢高等工業学校本館から
銀電量計を探してみよう。
- アノードもカソードも銅だったら、理論分解電圧は何Vになるか？

銅の電解精錬
ファラデーの電気分解の法則
電流効率
クーロメーター

7 .
◇
電池の起電力―銀塩化銀電極とネルンストの式―

- ダニエル電池
銀塩化銀電極
ｐＨメーター
ネルンストの式
- 8 .
◇
分解電圧―電力効率とターフェルの式―
- 分解電圧
過電圧
電圧効率
ターフェルの式
- 9 .
◇
測定法－ボルタンメトリーと交流インピーダンス法－
- 分極曲線とポテンショガルバノスタット
サイクリックボルタンメトリー
体組成計と塩分計
交流インピーダンス法
- 10 .
◇
センサーと情報変換－ｐH電極、参照電極－
- 参照電極
ｐH電極
センサー
イオン選択性電極
- 11 .
◇
表面処理とアノード酸化―アルマイトと不動態－
- 不動態
ステンレス
アルマイト
アノード酸化
- 12 .
◇
印刷とフォトリソグラフィー―エッチングと腐食―
- エッチング
フォトリソグラフィー
印刷
リードフレーム
- 13 .
◇
エネルギー変換と化学―一次電池と二次電池ー－
- 電池と生活
電池とエネルギー
アルカリマンガン電池
充電式電池－鉛電池とリチウムイオン電池－
- 14 .
◇
自然との共生―バイオと光－
- 電気泳動
光合成
光触媒
太陽電池
- 15 .
◇
エネルギーと情報－ディスプレイとエレクトロニクス―
- エレクトロクロミズム
液晶ディスプレイ
情報とエネルギー
生命と情報と物質

成績評価申請書（単位認定申請書）

👨‍🏫
Web Class
✏
……
✏ 平常演習

✏ 課外報告書
Web Class

## ◇
参考文献

書籍
雑誌
URL
講演要旨
画像
図

1. 小林一也, 工業技術基礎, 実教出版, p.123, (2002).
2. 山下省蔵、内藤善文、扇柳政則,工業技術基礎,実教出版,8 主な電気用図記号(2021)
3. 小林一也, 工業技術基礎, 実教出版, p.123, (2002).
4. 鮫島実三郎,物理化学実験法,裳華房,13.8. 電量計, p.256(1927-12-5)
5. 小林一也,工業技術基礎,実教出版,2.11. 回路計・オシロスコープの取り扱い方, p.123(2002)

https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/52255/52255_04.asp

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伊藤智博

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