ページ3:

これはわかってると思いますが、 水の正体は粒子です 水にもかかわらず、 全部粒子でできてお
りますがとりあえず分子でできてるんです。
一旦、液体状態と気体状態を見てもらいたいんだけど 粒子が四方八方に広がっていく様子が
見えますね
要は、液体の状態から熱を加えていくことによって温度が上がっていくわけです
そうすると何が変わるんですか? 水分子の運動が激しくなるんですよ。
この矢印を速度として、 みなしたときに温度が上がっていくと、 矢印が長くなっているのが見えま
すつまり、水分子の運動の速度が増していくって考えることができますね。
つまり、温度と分子の運動って結構関係があるんです
ちなみに、物質を構成する原子とか、 分子といった粒子が常に行っているようなバラバラな 乱雑
な運動のことを熱運動といいます
だから、この熱運動の激しさを表す量を改めて温度と定義しておきましょう
それと、めちゃくちゃ似た単語に1つ 生物基礎を習ってる方 おそらくこの人物聞いたことあるん
じゃないかなと思うんです ブラウンさん
生物基礎の方で説明をしたかなと思うんですがブラウンさんはイギリスの方で 細胞の中に球
状の構造があるな、、、 これをヌクレアスと名付けよう! として核を発見した人物です
話が脱線しましたが 実はこの方 花粉から出た粒子が水中で何か不規則な運動してるやん
みたいな感じで、 そんなものも発見しましたこのような運動のことをブラウン運動といいます
みたいな感じで、 教科書には書かれてると思うんですけど水とか空気に浮かぶちっちゃい粒子
が不規則にフラフラと動き回ってる運動だと思ってくればいいです
では、今から温度の表し方2つ見ていきます
日常生活で使っている℃を使って表すやつと 主に物理化学で用いられるKを使って表すやつ
化学基礎を勉強してる方は両方とも多分わかると思います
この内容って、 化学基礎とか化学と重複するので
日常生活で使ってるやつはセルシウス温度(セ氏温度)といいます 単位は度(℃)で表します
1気圧の下で水が氷になる温度が0℃ そして水が沸騰する温度は100℃ みたいに使うんです
一方で、後者は絶対温度と呼ばれるものです 単位はKと書いてケルビンと読みます。
これ以上低い温度なんて存在しませんよ 1番低い温度ってのが-273℃なんですよ
この273℃ OK とします。 このOKは絶対零度といいます
ちなみにうれしいことに結構楽なんです。これ
絶対温度とセルシウス温度 メモリの間隔は同じです
- 273°C... OK 温度を10℃上げると - 263°C, 10K
こんな感じになります つまり1℃上がると1K上がる関係性なんです
ということで、これを公式化すると
絶対温度T=セルシウス温度t +273 となります

ページ4:

熱②熱(中学理科・化学基礎のおさらい)
ここでは実は中学校の理科と化学基礎と重複する部分がありますので、一気にまとめてさらって
いきます
混じってるので、 化学基礎を習ってない方は一応こちらでも確認しますので両方ともわかって
るよって方は飛ばしてください
物質の三態... 物質が取る3つの状態の事
この3つの状態とは、 固体と液体と気体ですよね
これはよく水で例えられますけど、 水に限らずって感じです
そして、この3つの状態においての粒子の動きっていうのもみていきます
状態変化... 物質の三態 (固体・液体・気体) が互いに移り変わることこの物質の状態って温度と
か圧力によって変化したりしますからね
この状態変化は、 物理変化の1種なんです
物理変化と化学変化を見抜く方法は必ず見抜けるとは言わないけれども、こうやって自分の心
の中に問いかけてみてください
「見た目は変わったけど中身を無理矢理でも元に戻せるかな?」
戻れば物理変化である可能性が高く戻らなければ、 化学変化である可能性が高いです
そもそも物理変化ってなんですかっていう話なんですけどね
物質を構成する粒子の並び方とか、 運動の状態が変わるだけで 粒子の組み合わせは変わらな
い変化だよね
冬の朝、窓とかに結露がありますよね
空気中の目に見えない水蒸気が冷たい窓ガラスに冷やされて 液体になった
戻せそうじゃないですか?
鉄をプレスして、平たくさせたり(展性) 細く伸ばしたり(延性)
後は、岩石を砕いたりすると岩石との成分は変わりませんよね
基本的に成分が変わらない変化は、 物理変化と捉えていただいて結構です
だいぶ簡潔に言いますと 状態が変化するだけであって、物質そのものは変わらない変化が物
理変化です。
対して化学変化ですね
中身はそのままで見た目とか状態が変わる物理変化とは違って
物質そのものが別の物質に生まれ変わる変化が化学変化です
氷を温めて水にしたところで、 結局は変わらないから、これは物理変化ですよね
水を水素と酸素に分けたらどうですか 中身が変わってますよね。
こういう違いがあります

ページ5:

だから、 物理変化は化学式は変化しないけど 化学変化は化学式が変化するんです
だいぶ話が逸れましたね
気
蒸発
固
融解
凝固
(気化)
液
これで言うと、赤い線が加熱を表していて青色の線が冷却を表しています
これそれぞれの用語を覚えてもらいたいわけですね
固体を加熱して液体にすること、、、 融解
液体を冷却して固体にすること、、、 凝固
液体を加熱して気体にすること、、、 蒸発 (気化)
気体を冷却して液体にすること、凝縮(凝結)
固体から液体を経由せずに気体になること、、、 昇華
気体から液体を経由せずに固体になること、、、 昇華 (凝華)
蒸発と沸騰の違いって皆さん区別できますか?
液体の表面から溶媒の分子が気化するのが蒸発
水溜まりの水が少しずつ減るっていうのも服を干すと乾くっていうのも
表面の分子なんですよそしてこの蒸発の特徴は常温でも起こるってことです
服が100℃になって、 表面の水分がブクブクし出してってことはないですよね
対して、 沸騰は液体全体から分子が気化する
例えば、鍋でスープとかを煮立てるときスープの液体全体から蒸気が出て沸騰しているわけで
す
だから、 蒸発とは違って、目で見たときにぶくぶくしてます
だから、皆さん沸点という用語がありますけど後で詳しくはやるんですけどね 蒸発するときの
温度ではなくて、 沸騰するときの切り替わり点ですからね
話がだいぶそれましたそして状態変化は物理変化ですよ
水って固体だったら氷 液体だったらそのまま水 気体は水蒸気って言いますが

ページ6:

こいつらの正体って結局全部 水でしょ
状態は変わってるけど、その水という事は変わってないわけですよ だから物理変化ですね。
そしたら、それぞれの粒子の状態ってどうなってますかね?
常に基本的には粒子って運動しています この熱による粒子の運動のことを熱運動と言います
ね
粒子には、運動エネルギーが働いているから、 粒子は熱に応じた運動をしているんだってことで
す
この一つ一つの丸は、 粒子だと思ってください
こんな感じであります
固体は規則正しく並んでいて、 軽く振動している程度
液体は粒子が、互いにすれ違える程度には自由に動ける 配列はある程度ばらつきがある
かなって感じ
気体はほとんど規則性がなくてバラバラで粒子が自由に激しく動くわけです
物質の状態って温度と圧力っていう2つの要因によって決まるんですが 地上で生活している以
上圧力ってほとんど変わらないから、基本的に状態変化は温度に着目して考えていくことになり
ます。
粒子に働く力については粒子の間の引力と運動エネルギー この2つがある この2つの力に
至っては、どんな粒子にも働いてるわけです
この2つのエネルギーの大小の関係性によって物質の三態って決まるんです
くっつきたい 離れたい この2つはそれぞれ矛盾してるんです
粒子の間の引力のエネルギー>運動エネルギー→固体
粒子の間の引力のエネルギー≒運動エネルギー→液体

ページ7:

粒子の間の引力のエネルギー<運動エネルギー→気体
そしたら次は状態変化と温度変化のグラフの読み取りをやっていきます
温度
書いてみました
この地点の温度を何と呼ぶか
て言う話なんですが、 書きましたけど沸点と融点ですね
この固体と液体の間で、一定に保たれているフェーズの温度を融点
そして液体と気体の間で一定に保たれているフェーズの温度を沸点といいます
時間
固体から液体に切り替わるときの温度が融点で
液体から気体に切り替わるときの温度が沸点ですね
そしたら変わらないところの正体は何なのか
実は固体から液体に変わることをなんて言いましたっけ? 融解ですよね。 この融解の途中な
んです。
つまり、この状態は固体+液体の状態ってなります
だから、両方ともが共存しているって感じですね
液体と気体の間は沸騰中となります つまり液体と気体が共存している状態なんだ
この2つのフェーズにおいては、 加熱はしてるんだけど変わりない
そしたらなんでここは温度が変わっていないのか
加えた熱が全て状態変化のためだけに使われるからです この段階を経て液体とか気体になる
わけです。
この物質が状態変化をするときに出入りする熱があるんです この熱を潜熱といいます
温度を変えることなく状態変化のためだけに使われる熱は潜熱
ちなみに、ちょっと+ αの話として

ページ8:

今は加熱した場合のお話をしましたが 冷却した場合の話も少ししておきます
液体を冷却してあげると、温度はどんどん下がっていき、 ある温度に達すると固体に変化し始め
ます
液体が固体になる変化は凝固って言いましたよねこの凝固が始まる温度を凝固点といいます
純物質の場合、 凝固点と融点は一致しますね
そして、やっぱり気体を冷却していくと、 温度が低下して液体に変化します だから凝縮ですから
この温度を凝縮点と言いますね
凝縮点と沸点は一致します
まとめると、、、
湘点
温度
融点
十
熱③熱量保存
それでは、 熱量の保存の話に入っていこうと思います
そもそも熱量って何でしょうか?
時間
この後出てくるんですが、 熱量って言葉は毎回のように出てきますので、 先に定義しておきます。
熱量... 高温の物体から低温の物体に移動するエネルギーの量
さて、私は最初にこんなことを言いました 熱はエネルギーだからエネルギーだから、物体の間
でやりとりを行うことができる
て事は言いました そしたら熱は移動するってところになるんだけど
そこを見ていくとしましょう
まず温まりやすい冷えやすいクイズです
鉄の塊と水温まりやすいのはどちらですか?
これ正解はわからないんです 鉄って金属だから熱通して温まりやすいやんて思うかもしれない
んだけど、極端な例を出しますね。

ページ9:

鉄が50kg 水1g めちゃくちゃ極端ですけど、 どっちの方が温まりやすいかって言ったらこのよ
うな条件の下では明らか水の方なんです
実は、この2つを出されても、問題が不十分としか言いようがないんですね
なぜなら、質量が明確化されてないから
てことで、ここから新しく比熱の概念をやっていきます
比熱... 物質1gを1K上昇させるのに必要な熱の量
単位はJ/(g・K) こうすればいいんじゃないですか? 質量は統一されてるから比熱だけを見て
あげればいいってことです。
大体、水の比熱って4.2J/ (g・K) そして鉄の比熱が0.44J/ (g・K) なんですって
大体10倍ぐらい違うってのがわかりますよねて事は水って比熱が大きいんですよ
比熱が大きい物質ほど温めるのに、たくさんの熱量が必要になるってことです。
そして、でもさ 1gの物体を1K上昇させるのに必要な熱量が比熱なんだけど ちまちましてる め
んどくせーってことで
物質全体を1Kだけ上昇させるのに、 必要な熱量を別に定義します これを熱容量といいます
単位はJ/K
ざっくり言うと、物体ごとの温まりにくさの違いを数字で表しましょうってことです
これも結局、比熱とおんなじで 熱容量がでかいほど温まりにくい 逆に小さいほど温まりやす
いって言えるんですね。
逆にこれ少し言い換えてみましょう 適当な値を決めますね。
熱容量500J/K の物体があると仮定しましょう その時にこいつの温度を1K上昇させるのに 500
Jの熱量を加えるってことですよね
つまり、この状況を言い換えると下げるんだったら、その分だけ熱量を奪うしかない
つまり熱容量の大きい物体ってのは温まりにくい そして冷めにくいとも言えるんですね
温まりにくくて冷めにくい
温まりやすくて冷めやすい この2つに2極化するわけです
それでは比熱と熱容量の公式を見ていきたいと思います
比熱c [J/g・K] の物体m [g] を△t [K] 上昇させるのに必要な熱量Q[J]
こんな感じで、 教科書に書かれてますよね こんな感じで公式としてはQ=mc△t ムクっと出るわ
けですね
日本語に直すと、 熱量=質量×比熱×温度変化ってことです
△は変化分のことでしたよね デルタ でしたね!
この中でも、質量×比熱の部分 これは熱容量と言い換えられます
つまり、 熱容量のときの熱量はQ=CAtとなります
形とか、言葉の定義が違えども実はこの公式が表してるものって比熱の公式と何ら変わりない
です
見た目と言葉の定義だけが違うので、計算のやり方とかも何ら変わりないんですね

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それでは熱平衡の話に入ります
B/FA
//B
000
000
TA-
T₁
00009
00900
0090
0090
はい、こんな感じですね
T
熱平衡
これ何言ってるかって言うと 物体Aと物体Bがありますよね
物体Aは熱いものです 高温のものです。
逆に物体Bは冷たいもの 低温のものですね
さて、皆さん軽くクイズしましょう
物体Aを熱々の容器だと思ってください そして物体Bは冷水だとしましょうか
この熱々の容器に、冷たい水を注ぐとどうなりますかって言うと
結論から言うと、 ある温度に落ち着きます
あえて赤と青の中間の色である紫を取ったんですが
高温の物体と低温の物体が接しているといずれ等しい温度になります この状態を熱平衡とい
います
つまり、熱の移動がないから、温度変化がないってことですよね
では問題です
めっちゃ計算しやすいようにします この熱々の容器の温度を仮に100℃としますそしてこの冷
水を0℃としますね
等しい温度に落ち着くと言いましたがさて何℃でしょうか?
簡単ですよね 100℃と0℃ 中間だから50℃ですね!
さて、これが間違いなんですよ 確かに熱平衡ってのは高温の物体の温度と低温の物体の温
度この間の温度になるってのはいいんですよ
ただ、必ず真ん中になるってわけでもないんですよね
なんでかって言ったら、 比熱と熱容量が関係くるんですがそれは少し説明を交えながらやって
いきます
熱のやりとりをなされてるんですがこれってどのようにして熱平衡って起こっているのか

ページ11:

これは、シンプルに高温の物体から低温の物体に熱を渡してるんですよ 要は熱エネルギーが
移動している
熱はエネルギーですね エネルギーは勝手に消えたり生まれたりしないんですよ。
つまり、何が言いたいかって言うと高温の物体が出した熱量ってのが消えたりしないってこと
だからすべて低音の物体が受け止めるしかないんですよね
でこの熱平衡が起こるときに高温の物体が失う熱量=低温の物体が得た熱量っていう関係が
成り立ちます
これを熱量保存の法則といいます
で、なんで真ん中にならなかったかって言うと物体ごとの温まりやすさっての考慮してないから
です
同じ熱量を受け渡ししてるんだけど、温度の増減って同じかって言われたら違いますよね
て言う事は、真ん中にはなりませんよねってことです
ただし、これは外部との熱のやりとりがないって言う条件付きですが
11/14A
"B
00
000
060
160
09900
0090
00
TA-
T₁
To
そして画像下のグラフみたいなやつですね
熱平衡
ちょっと説明すると 最初の頃は、 温度変化が激しくて。 だんだん緩やかになってるよねって言
うところがグラフの形から見て取れるかなと思います。
そうすると、 熱量の全体は常に変わりませんよね エネルギー保存則です。
これが言えるって事は、 変化量が同じって言い換えることができるってことなんですよ
ただただそれを言いたかっただけなんだけどね!
熱④熱と仕事
ここでは、基本の勉強と熱力学の法則ってのをやります
皆さんは力学の法則で3つぐらいありますよね。 運動の法則ってやつです。

ページ12:

第1法則の慣性の法則 第2法則の運動の法則 第3法則の作用・反作用の法則と
実は、熱の分野にも法則がいくつか存在しているんですよ 0から3の4つの法則があるんですが
物理基礎で勉強するのは、 第一法則と第二法則だけです ここでは第一法則を扱っていきたいと
思います。
引用 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%A2%A8%E8%88%B9
こちらいろいろカラフルでいいですね 風船です。
みりゃわかるわって感じでしょうかね
実は、よく教科書に載ってる例が風船なんですよ ここで内部エネルギーって話をしようと思いま
す。
ちょっと難しい言葉を使うと、 理想気体って言葉が出てきます
この言葉は化学とか専門物理で出てくる言葉ですね
実際にちょっと難しい言葉を使って定義すると
内部エネルギーっていうのは理想気体の分子の運動エネルギーの総和
といってもなんのこっちゃわからんて感じですよね
ここでは理想気体は説明しません 文系クラスで物理基礎を勉強してる方は、 内部エネルギーを
簡単な言い方で例えますから 理系物理クラスとかでこれはぜひとも学んでください
それでは行きますね まず風船があります 床にあって動いてないことを考えてください。
そうすると、風船内部の空気を全体として見たときの力学的エネルギーってゼロですよね
だけど、風船の中身を見てみたらどうでしょうか?
実際中には空気がありますよね つまり分子たちがたくさんいるわけですよ。
そして、この中身の空気を構成している分子たちが中では、飛び回ってたり、 熱運動をしてたり
するわけですよね
だから、エネルギーなんて、なんもねえんだってのは違うんだよ
そしたら、風船の中にある空気を構成する分子に着目してあげて、そうすると内部エネルギーを
持っているんだよとこんな感じで表現することができます
では改めて定義していきます

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内部エネルギー... 物体を構成している原子や分子の位置エネルギーや運動エネルギーの総和 (
=力学的エネルギーの合計) Uで表される
これ内部エネルギーってのは、 熱運動による運動エネルギーと分子間力による位置エネルギー
があるんですが
皆さんは力学的エネルギーと言葉で覚えていってもらったほうがいいかなと思います
まず、物理基礎だと位置エネルギーはあるんだけど、考えなくていいです。とりあえずシンプル
に力学的エネルギーって言葉で捉えてくれれば
だから、この内部エネルギーって言われたら、 基本熱運動による運動エネルギーの方を指してい
るんですよってところ
正確には両方あるんだけど、とりあえず運動エネルギーの方だけ覚えてください
そして実はこれが内部エネルギーと温度って関連してるんだよってところ話していこうと思います
この2つの関係性は、 比例の関係です
だから、内部エネルギーが上昇しましたなんて言われたら 温度が上昇したんだ
逆も然りで言うことができます
そしたら、至極当然のことを言うようですが 物質を熱してあげると温度は上がりますよね。
そしたらこれを内部エネルギーと関連付けて説明できますかってことです
この物質を熱するって言い換えるとその物質に熱を与えると言い換えられますね!
この物質を気体とすると 気体が吸収した熱って見方を変えるとこういう風に言うこともできます。
そうすると内部エネルギーは上昇するから、 温度は上がるってことになるわけですね
エネルギーを与えられるわけだから
ピットン
次はこういう状況を考えていきましょう 気体が容器の中に閉じ込められてピストンで蓋をしてい
る場面ですね。
そしてから、ピストンでぎゅっと圧縮していくと 内部の温度が上昇するんですよね
ここで仕事って言葉が出てきます これでちょっと要注意な部分があって 力学とはちょっとイメー
ジが違う
仕事をする これって力学では力を加えて物体を動かすことを言いましたよね。

ページ14:

一方で、この分野だと、 外からの力に逆らうようにして 気体が膨張することを示すんですねは
い気体が膨張するって事は体積としては増えますよね
仕事をすると言ってるんですから、能動的な表現ですよね
実は、これの受動的表現 仕事をされるみたいな表現も出てきます
これは、外からの力によって体積が減ることです これ能動的表現と受動的表現でちょっと違うん
だよなってところは押さえといて欲しいなと思います。
ちょっと話がそれたんですが 気体が”された”仕事は内部エネルギーは上昇します 言い方を変
えるとその仕事によってエネルギーが与えられたんだよ
①
ピクン
ピストン
気体が仕事をするしした)
②
こういうことです
こいつらを合わせちゃいましょ
11される(された)→①
Q =DV th
※教科によってはメニathととる
ものも!
物体熱を加えたときどうなるか
<イメー
ジ
食べた分に脂肪十活動

ページ15:

こんな感じの公式です
このような関係式で表されるものを熱力学第1法則といいます
物体 今後は気体について説明しますがそういったものに熱を与えたときにその熱はどのよう
に使われるんですか? みたいに表したのがこの式ですね。
AUは内部エネルギーの変化 つまり内部エネルギーが上昇すると、温度は上昇する関係です
よね
つまり、熱を与えるって事は温度が上昇していくわけですから、 内部エネルギーが変化するって
ことなんですよ
気体に熱を加えると、 内部エネルギーは上昇する 実はこの問いに関する答えをもう一つありま
す。 それが式で言うWに当てはまるものになるんですよ
これが仕事なんですが
気体が膨張する 袋に入った冷凍食品をレンジで温めたときに袋はパンパンになりますよね!
てことで 気体が膨張する かっこいい言い方をしてみましょう
気体が外部に向かって仕事をするってことですよね
この気体のする仕事が、 Wに該当するわけです
気体に熱を与えると、 その熱は温度上昇と体積の膨張に使われるんだよ
ただ 温度上昇に使われた分と膨張に使われた分を合わせてあげると初めに与えた熱量と一緒
になるよ
後半部分に言うと、 使われたエネルギーは与えた熱エネルギーに等しいって事は、エネルギーは
保存するんだぜってことです
人のイメージってあるんですけど、 逆にこれ言うとわかってたのにわからなくなったみたいなこと
があるので、これに関してはちょっと割愛しようと思います よくある例え話だと思うので
で 何より、ここで大変なのは符号なんですよ
熱量Qは気体に与えたならプラス
気体が放出したならマイナス
内部エネルギーの変化分AUは増加した (=温度が上がった)だったらプラス
減少した(=温度が下がった)ならマイナス
仕事Wは気体が仕事をした (=体積が増加した)ならプラス
気体が仕事された(=体積が減少した) ならマイナスってことなので
ちょっと符合は気をつけてくださいってところです
熱⑤ 熱機関と熱効率 熱力学第二法則
これで物理基礎の熱は終わりです てことで熱の終わりってことでこういうことを考えてみましょ
う。
ここまで熱を勉強してきて、じゃあこの熱がどのように生活に役立ってるんだろうってことです

ページ16:

やっぱり例としては、 昔の蒸気機関とかであったり、今で言うとエンジンとかそうですかね
燃料を燃やしてできた熱を仕事に変えるんですよね こんな感じで、 熱エネルギーを仕事に変換
するようなもの このようなものを熱機関といいます
実際には、 熱エネルギーをもらって、 仕事をして元の状態に戻るために、余ったエネルギーを温
度の低いものに排出する
みたいなことをやってるんですよ
実際に、エンジンが機械としてはどのように動くかとかじゃなくて、 現象として起こるのみたいな
ところをやっていきますね
車のエンジンとかは、ガソリンを燃やして熱を得るわけじゃないですか その熱を全て仕事に変え
るか実はそうじゃない さっきも言った通り、余ったエネルギーは温度の低いものに排出すると
言いました。
熱機関の働きは
熱を得て その1部を仕事に変換して 仕事にならなかった分を放出するみたいなことです
できれば、この排出する量は少ないほうがいいんですね 無駄遣いみたいなもんですから。
では、皆さん一旦ちょっとふざけた例えをしますね
皆さんは10,000円でこの機械を買ってきてくれと小遣いを頼まれました。 これを仕事としましょう
※この機械とは10,000円ぴったりで買えるものとする
それで、皆さんは何かお腹すいたわと思って所有金10,000円のうち 勝手に高級寿司店でぴっ
たり5000円分を食べましたこの5000円食べた無駄遣い分を排出した分とします
持ってるのは5000円ですよね この5000円でその機械の安物を買ってきました
実際に仕事した分は、この5000円分です
みたいな感じなんですよね つまりもともともらったお金の50%しか仕事をしていないってことにな
ります。
なんとなくイメージつきましたでしょうか?
効率があんまり良くは無いですよね
つまり、 実際、 仕事ってのは高温の物体から低温の物体に対して排熱されるからこの熱の無
駄遣いがない方がいいってことです この熱機関の効率を表す指標 熱効率といいます
熱効率、、、 高温の熱源から吸収した熱量をどれだけの仕事に変えることができるかを表す指標
ただこの熱効率って厄介なことに%じゃなくて 小数で表すことが多いよと
だから、50%ではなくて0.5 って言います
基本的に同じことを表せるんだなと思っといてればいいです。ただ少数表記ですよと
例えば、 50%仕事をしたって言ったら言い換えると50%無駄にしたってことです
これを熱効率0.5と表します

ページ17:

熱機関
Q.
Q2
熱効率e公式
W
e=Din
Qin-Govt
Qin
それでは、公式の方を確認していきましょう
ここからは、 得た熱とか排熱された熱とか言うのがめんどくさいので
in out を使って表すこととします
ある熱機関があってそれはQin の熱量を受け取ります これを使ってWの仕事をするわけですね
そうすると、W/Qin になるのはわかるんじゃないかなと思います
でさっきのお金の例を考えてみましょう そうするともらったお金からもらったお金分の無駄遣
いした分って計算してあげれば 求めることができるよね
ていうのがこの式です なんてことないですよね
では続きまして、 熱力学第二法則を見ていきたいと思います
その前にこの話をしようと思います
可逆変化と不可逆変化ってやつです
これ情報を勉強してる方は余裕じゃないですか可逆圧縮とか不可逆圧縮とかやりましたよね。
あんな感じ
状態Aから状態Bにしたときに放置しといたら元に戻ってるみたいな変化は可逆変化
逆に放置しといた元には戻らないみたいなやつは不可逆変化といいます
可逆変化の例としては振り子とかそうですよね 振り子を横に引っ張って話したら行って戻って
きますよねみたいな感じです。 逆の変化が起こるってことです。

ページ18:

状A
状B
A55B @ BAJA@
BからA@
状態Aから状態Bにもなることができる
逆も然り こういうことです
一方で、不可逆変化の例を出すのであれば
少しれる
ただの水
靚の絵の具
を溶かした水
こんな感じですよね
意外とこの画像汎用性高いんです 化学基礎でも生物でも使ってるんで
別にそんな事はどうだっていいですけどこの青色の絵の具を溶かした水をただの水に入れると
このただの水は、ちょっと色の薄まった青色ができますよね
これは、青色のインクの分子が、じわじわと広がっていった結果です
ただ、これを自然に放置して待ってるとまた青色のインクが集まって原液になりました なんて
事は無いですよね
こんな感じで水中のインクは元に戻らないよってことです
それでは本格的に熱力学第二法則を見ていきたいと思います
実は、先ほどやった振り子のような可逆変化は、 教科書に書いてあるからやったんですけど全
<熱力学第二法則には関係ございません
関係があるのは不可逆変化の方です

ページ19:

熱力学第二法則... 熱は高温の物体から低温の物体に移動して、 その逆は自然には起こらない
と言うものです 簡単に言えば熱に関する変化って全て不可逆変化なんだぜってところです。
表現方法としてはいろいろあるんですが
熱を全て仕事に変換することはできない
熱が自然に低温の物体から高温の物体に移動する事は無いよ
みたいなことです 現象に熱が絡んでくると熱の一方通行が起きちゃって、 結果的にその現象不
可逆変化ですよね。
みたいになっちゃうんです
では、最後にちょっとおまけ的な内容 基本教科書に書かれている事はめったないですが
コージェネレーションシステムってのがあるんです
熱効率に関してなんですが どんだけ熱効率が良くても排熱はやっぱり生じてしまう
じゃあ、その排熱を有効活用したいですねってこの排熱の熱を暖房とか給湯とかそういった面
で有効利用するシステムの総称がコージェネレーションシステムになります
第4章 波
ここがおそらく物基の中で1番難しいじゃないかなと思います
波、別名は、波動なんて言い方をしますが 振動とか変化が周りにどんどんどんどん伝わってい
<現象だと思ってください。
では、本格的にやっていきます
波 ① 波の基本知識
ここは基本知識を一気にばってやってくるのでこの部分だけで相当内容は濃いと思います
例えば、皆さんは波って聞くと、 何を思い浮かべますかね? 多分1番多い回答予想しますね。
ある海岸で水として波がバーって来る やつだと思うんですよ
ところが 確かにその波もそうなんだけど 物理においての波ってどんなもんなんでしょうかって
のを見ていきたいと思います
波... ある点で起こった振動が周囲に伝わること 波動とも呼ぶ
ちょっとここではYouTubeの動画のリンクとかをいろいろ貼ります 実際に見てどんなものなの
かってのを見てもらいたいので
ちなみに、ある点で起こった振動とありますが、 この初めに振動が起こった点(=波が発生する
場所)のことを波源そしてやっぱり波を伝えるためには、 物質が必要なんですね この波を伝えて
くれる物体とか物質のことを媒質といいます
媒質がなければ、どんだけ振動しても波って伝わらないよってことです
だから、波って新しい言葉を使って定義するのであれば 媒質の振動が次々に伝わることってこ
とです
例えば、私これを書いている当時すごい腕が痛いんですけどなのでマイクでやってるんですね

ページ20:

ちょうど声でやってたからいいなと思ったんですが 実際これで波源は声帯 そして周囲に発して
いるのは声なんですけど空気を伝わって振動しているわけですから 空気が媒質ってことになる
わけです
それでですね
引用
https://stock.adobe.com/jp/search?k=%E8%83%8C%E6%99%AF+%E6%B0%B4%E9%9D
%A2+%E6%B3%A2%E7%B4%8B+%E6%A8%A1%E6%A7%98
こちらの画像ですね 波紋です。 水溜まりとかに爪とかで水1滴ポタポタって垂らすとこんな模様
ができますよね。
そしたら、この上に葉っぱを乗せます そうするとこの葉っぱは実は上下に揺れるだけなんです。
これ実は波に共通してることなんですけど、あんまり実感は湧かないですよね
要は、その波の1点だけを見る そうするとその点は上下に振動しているだけなんだよ。
例えば、野球場のウェーブってやつあるじゃないですか
あれは人が立ち上がったら次の人が立ち上がる ある人が座ったら、 それを見て座るみたいな感
じですけれども
この1点を見てもらうと だったら、1人が上下してるだけなんですよでも全体で見ると、波が進ん
でるように見えるよねみたいな感じです。
そして、1つだけやっときますか 軽い実験ですちょっと皆さん 別の例で試しに1つやってみて欲
しいことがあるんです
さて口の前に、手のひらを持ってきてそのまま何でもいいので、言葉を発してみてください
あんまりかからないと思うんですけれども 呼吸とは違うんですよ 口から別に声を出そうが空気
外にあんま出て行きません。 だから空気は音を伝える役割はあるけど、 空気が音と一緒になっ
て移動してるわけじゃない。
これが全部の波に共通することで何が言いたいかって言ったら、 波は媒質を伝って移動するけ
ど、そのものは移動しないんだよと
では次行きます

ページ21:

y(高さ)
A
0
(位置)
引用 https://www.try-it.jp/chapters-8414/sections-8415/lessons-8420/
こんな波を使います 波の動き方をシンプルに表す方法として、 まずこのようなグラフが存在しま
すね。このグラフのことをy-xグラフといいます
イメージとしては、 波を写真で撮ったもの ある時刻において、 波ってどのような形をしてるんだろ
うなって表すグラフになります
x軸、、、波の進行方向 y軸、、、媒質の振動する方向
そして、波は大きく分けて2種類あるんですよ
例えば、今やってるような 連続しているような波のことを連続波 そしてよくITとかに出てくるク
ロック周波数の時とかよく出てくるやつ
あんなカクカクした波のことをパルス波といいます
PCMとか情報で習うと思うんですが、 そのPがパルスですね パルス符合変調方式
では、今から見るに耐えない画像をお見せします
フレグラフ
m
2
きったない波ですね!
振幅
y-xグラフを読む上で必要な言葉ってのが2つあります
画像にあります通り赤色の矢印で表した 波の高さの事ですねこいつを振幅
そして、波1つの塊の長さのことを波長といいますそして、画像には汚いですが波長の単位が書
かれてます。 > こんな感じで書いてラムダと読みます。
つまり、このグラフからは、 振幅と波長を読み取ることができるんだよってところを押さえといても
らいたいなって感じです

ページ22:

そして波長のところで、波1つの塊 と表現しましたけど、波ってどこまでで1カウントなんだろうっ
てところを見ていこうと思います
フレグラフ
波長(2)
2
ここですね
: 振幅
ちなみに、このような波を使っていくんですが、 汚いんですけど正弦波と呼ばれるものですね
で、肝心のカウントの仕方っていうのは緑で区切りましたけどこの波ってのは変位の最も大き
い所(山)そこと変位が最も小さい所(谷)
それが1つずつ 含むような形
ちなみに、 力学で変位って出てきましたよね 実は波では新しい定義として出てくるので、新しく
出てくる単語ってことで定義しておきますね
変位... 媒質のそれぞれの点での振動の中心からのズレ
と、言ってもなかなか難しいんですけれど
x軸・y軸が交わっているところを原点としてどのくらい元の位置から上下にずれているかって感
じです
あるいは、山から山
谷から谷までを1カウントとしてみても大丈夫です
今回の場合は、山から山を基準にやっておりますが

ページ23:

涙のカウント
x
or
or
要は、こういうことです
この波は見てわかるように、 山の部分と他の部分が交互に並んでて、 同じ形の繰り返しになって
る
だから、この山と谷のセットが何回繰り返してるかで波を何個かって言うふうに数えることとしま
す
そして、もう一つ、 グラフがあるんですね
y(高さ)
t(時間)
y-tグラフは
「ある位置の時間とともに(高さ)が変化する様子」
引用 https://www.try-it.jp/chapters-8414/sections-8415/lessons-8420/point-2/

ページ24:

こんなグラフです これはある1点での振動の時間変化を表すグラフy-tグラフといいます さっき
のy-xグラフと混ざらないようにしてもらいたいわけですがさっきのグラフはある時刻って波全体
の形を表すグラフだったんですけども。
今回は時間変化ですから
ここでわかるのは振幅と周期です 新しく周期って言葉が出てきましたね。
周期... 媒質を1回振動させるのにかかる時間 Tでよく表される よくロープで例えられますが
ロープをゆっくり振る場合は、 周期が長くなって 素早く振ってあげると短い周期になるよってこと
です
そして、これとよく出てくるのが振動数と呼ばれるものです
振動数... 1秒間に媒質が振動する回数 単位Hzと書きまして ヘルツと読みます fとします
ね。
周期と振動数って結構密接に関係してるんですがどのような関係があるのかっての見ていきま
す。
もう一度ちょっと定義を確認していきましょうか
振動数fは媒質が1秒間に振動する回数 Hz
周期Tは媒質が1回振動するのにかかる時間s
てな感じなんですが
これを比の関係を用いて説明すると
1:T =f:1になるのわかりますかね そうすると整理すると、T=1/fとなりますよね
f=の形にするのであれば f = 1/T
と、言い換えることも可能です
ただ、この関係が成り立つのは、同じ波の時ですが
では、次から本格的な内容をやっていきます
波 ② 波の基本式
これは波を扱う上でめちゃくちゃめちゃくちゃめちゃくちゃ重要です
実は、波の基本式って公式の名前ではないんですよ 実はめちゃくちゃ重要な公式のクセして名
前がないんです。
だから私のこのノートでは、 波の基本式と呼ばせてもらうこととします
ある波があって、山から隣の山 (あるいは谷から隣の谷) までの距離を波長て呼びましたよね 簡
単に言えば、波1個分の長さ
この波長を入振動数をf そして速さv としたときに v =f入 この関係式です めっちゃ重要で
す
皆さん小学校とか中学校の体育祭とか運動会とかで大縄のやつありませんでした?
多分、大体の学校があると思うんですよそうすると誰かさんがふざけて 横に揺らしまくって蛇
だ!みたいなことがあったんですが
あれを想像してもらうと 一振りにつき 1つの波が生じてるんですよね

ページ25:

そのロープに生じた波って、 その場にとどまるかって言ったら、 そうではないですよねだから片
方で揺らしたら、離れていく方向に向かって波って進んでいくんですよ
この時の波の進む速さをそのまま波の速さって言うんですがね
波長はどれをとってもいいんですがもう一度画像を貼りますね。
x
涙のカウント
or
ar
このどれかの状態でカウントしてもオッケーでした 波1個分だったらどこを測ってもいいよって言
うことです。
それで波の速さって媒質の種類によって決定するんですよ つまり同じ媒質を進むと言うことであ
れば波って等速直線運動ですよね てことで距離÷時間で波の速さを算出することができます
この公式の導出は
イメージでやっちゃいますよ 皆さんはロープの左端を持っています。 これを1度だけ上下するこ
とを想定して
0秒のところを振動が始めるところ T秒たったらちょうど1回の振動が終わる
この間に、ロープに送り出された波っていうのはちょうど波長1つ分です
T秒で波長1個分が作られるってことになりますよね そうすると 等速直線運動の指揮を使って
あげるとv=X/tとなりますね
そして、周期と周波数の関係性より
f = 1/T つまりv=X/Tとなるので=1/T x) =f入となるわけです
波③縦波・横波
ここに関しては、先にYouTubeのリンクを貼っておきます

ページ26:

https://youtu.be/2Rsd5paHnIU?si=-CGSOaWgiVdcW_8K
これ、ちょっとくそ紛らわしいんですよ
皆さんは中学理科でこういうことやりましたね
地震について、 初期微動を引き起こす波はP波 主要動を引き起こす波はS波であると
実は、 横波の例として、S波 縦波の例としてP波挙げられるわけですが
それってどういう違いがあるのかっての見ていきましょう
まずはイメージがおそらくしやすいだろう。 横波の方からやっていきます。
今まで波の画像を使ってきましたがまさにこれが典型的な横波なんですよ
フレグラフ
2
m.
菊:振幅
こんなやつですね
横波…媒質の振動方向と波の進行方向が垂直な波
x軸の方が進行方向って考えてもらって
やっぱり、ここでもロープの例えを使います この画像の波がロープの波の形だとしましょうか
これを縦におりゃおりゃってやってあげるとこんな形の波ができるわけですが
振動方向に関しては、上下に振動するわけですから、 波の進む方向に対して垂直な方向に振動
してるってのはこういうことです
そして地学の方だと、こういうことを習うと思うんです S波は固体しか伝わらない
横波の大きな特徴としてはこれもロープを使って例えると途中で切ります
当然切ったところから、 先に振動は伝わりませんよね
これが原子の構造でも同じことが言えるんですけど 原子が隣同士ぴったりくっついてないと波
が伝わらないんです 液体・気体はバラバラですよね そうするとその波は周囲に伝わらんって
いうこと
問題は縦波ですよ
縦波…媒質の振動方向はと波の進行方向が平行な波
こちらはYouTubeの動画のリンクを貼っときましたが、見てもらったほうがわかりやすいかなと思
います

ページ27:

簡単な言い方をすれば、媒質が前後に動くみたいな感じですがバネを思い浮かべてください。
あれを前に押したり引いたりしてそれがどんどん伝わっていくんですが
実は、こういうことが起こります
momor
疎
**
波の進行方向と同じ方向に対して振動させるとバネの隙間が大きい部分と小さい部分が出て
きます
この大きい部分のことを疎
逆に、バネが縮んで隙間が小さくなるようなところを密といいます
この縦波は疎密波と言う別名を持ってるんですね 疎の部分と密の部分が交互に出現するから
縦波の性質って言ったら、 押されたら元に戻ろうとするだけです
水とか、 空気も例外じゃなく 元に戻ろうとする性質って、 全部の物質が持ってるわけですよ
て事は固体・液体・気体 全て伝わることができるんですね
波 ④ 波の独立性と重ね合わせの原理
https://youtu.be/D6MMQ8g-XnM?si=LnOKZqOrgHD48NJi
最初からこの動画のリンクを貼りました 実際に波を発生させる道具のやつですね
波の独立性ってのは、 波の特徴ですね
波がたくさん発生すると、 波同士で衝突することって実はあるんですね
そのぶつかった後の様子を見ていくわけですが
右に進む波と左に進む波があったら、 当然衝突するわけですよね
そしたら実はぶつかった後 ただただ素通りしてくんです
普通の物体同士の衝突であれば 素通りではないんですけど波に共通する性質で
ちょっと言い方を変えますね 波は他の波の進行とか波の形には何ら影響を及ぼさないことで
す
この性質を波の独立性といいます
2人が同時に喋ってお互いにしっかり聞こえるってのはこれですね

ページ28:

それでは続きまして、 重ね合わせの原理ってのをやっていきます
さっきは、波の独立性ってのはぶつかった後の話だったんですがぶつかった瞬間に関しての話
になります。
A
ATB
A
B
B
☑
こんな感じになります
この波 A波Bが合わさって1つの波になります これが結論なんですが。 この重なってできた波
のことを合成波といいます
その後はぶつかった後は、 波の独立性に従ってお互いに影響を与えず、進み続けるみたいな
感じになります
重ね合わせの原理ってなんか難しそうだなって思うかもしれませんが、 実はめちゃくちゃ簡単で
す
波の変位の和 ただこれだけです
ちょっとここから やり方、リアルでお伝えしますね
こんな感じで波が2つあるとしましょう 今から合成波を作ってあげたいと思います

ページ29:

本当は赤と青の色鉛筆を使いたかったのですが、 家になかったんですよね 夜によってこれ夜中
なので、近くの文房具屋さんがあるんですが 残念ながらやっておりませんでした。
まず、重なってないところはそのままなので、ピンクで点を打ち込んでいきますね
見えますでしょうか 一応 橙と青と重なって見にくいと思いますがピンクで点を打ちました
それで問題はですね

ページ30:

デジタル緑でつけたんですが
ここが合わさってますよね 2カ所なので、 右と左で言っちゃいますけど。
左側に関しては、橙の波Aとしますね そこと青色の波Bとします
そうすると基準からのズレとしては 波Aは2個分 そして波Bは1個分です
ただ、波Bの場合はマイナスですね
よって、2+ (−1)をして1と出ますので 基準値より1個上に点を打ってあげます。
そして、右のやつは 波Aは1 波Bは-2ですので
1+(-2)= -1より 基準よりも1つ下に点を打ってあげればいいんですよね
そうすると

ページ31:

こんな感じになります
最後は、これを結んであげて

ページ32:

これで完成ってことになります なんてことないですよね。
ただ、厄介なことに元の波が角ばっているパターンですよねそうすると波はなめらかにつなぐ
のではなく、シンプルにカクカクでつなげてください

ページ33:

こんな感じでいくつかの波が重なってできた波の高さってのは、それぞれの波の高さの和で表現
されるんだよ。 このような原理を (波の) 重ね合わせの原理といいます
波の重なり合っている部分に対して、 これが成り立つって感じですね
よく勘違い起こるのは、波や重なり合うと元の形を失う 波は独立して進んでいるだけだから、重
なりあったからと言ってなくなる事は無いんですよね
だから、一度重なったとしても、 重なりが終わったら元に戻るって感じです
波 ⑤ 反射と定常波
波の反射の前に位相 と言うワードについてちょっと触れておこうと思います
教科書とかだと 媒質の振動の状態を表す量だ みたいに書かれてるんですが、あんまよくわ
かんない
ここで今後出てくる 同位相 逆位相 こいつらを交えて説明していきますね
そもそも位相を簡単に言うのであれば
媒質の違う2点の振動状態ってのを比較するのに用いられるってところです
d
e
F 12/6... are bef
371/15/20... byd, dxf, aye, che
ざっくり描くとこんな感じです
本来は振動状態を表す量ですから数値なんですけど、 それは後々
同位相はどちらも波において山なんですよ おんなじ感じで、 谷と谷でも同位相
逆位相 bddf これに関しては山と谷では逆だから
て言うの説明だと足りないんですよこれは1つの説明としては多分正しいんですけどもう一つ
変位で区別されていると、 勘違いされそうなので
aceの3つに共通することって何でしょうか 今回軸は省いてますけど、横軸がx軸 縦軸がy軸に
なるわけですよね
そうすると、全部y = 0 視点を変えるとx軸と交わっている

ページ34:

じゃあ、こいつら3つは同位相の関係やね ではないんですね
これが、グラフが右上がりの時に交わります 右下がりの時に交わります。
これでも区別していくしかないんですよ
右上がりの時はae 右下がりの時c
つまりaeは同位相 acとかceは逆位相 なっちゃうんですよね
それでは、本格的に波の反射を見ていこうと思います
実は波の反射には大きく分けて2種類あるんですね
https://youtube.com/shorts/141aGOvaiCg?si=UZNPZUVTjtGLTT_W
まず、こちらの動画で反射2種類やってますが最初のほうに出てきた方、 自由端反射っての見
ていきたいと思います。
先ほどは波には独立性があるよぶつかった瞬間はどうだったんだろうか?
みたいなことをやってきたわけですがここでは壁とかがあって、 波が行って帰ってくるみたいな
ことを考えてきます。
皆さん、ボールを壁とかにぶつけたら跳ね返ってきますよね!
言い換えると逆方向に進むわけね
実はこれ波にも存在してます 端っこまで到達した波に関しては、今度は逆方向に来ますとこの
ような現象を反射といいます
波の反射の場合は反射するところが固定されてるかされてないかで、呼び名が変わるんです
が
実は、この2つの反射は、 反射したのみが、 反転しているか、 反転してないかってのも入ってきま
す
最初は固定されていないパターンを見ていこうと思います 自由端反射と名前がついてます。
イメージを書くとこんな感じです
実際、端が固定されているかによってっていうよりかはもっと正確に言うのであれば、 波の反射
の様式です
波が同位相で、 反射すること

ページ35:

要は、入ってきた入射してきた波ってのは、 反転しないで同じパターンの反射波は入射波と同
じものになるんだよってことです
山で入ってきたら、 山で返されるし
谷で入ってきたら、 谷で返されるってことです
画像のイメージとしては、 作図の時ね あえてある程度の時間まで進ませる そうするとこうやっ
て壁の中に入っちゃうことがあります。
壁を無視して書いちゃった分って言っちゃいましょうか 緑で書いた部分はほんとだったら入っ
ちゃいけないんですよ
だから、この緑の部分を反射波として書いてあげないといけないわけですね
そうすると、左右対称にバタンと折り返してあげるわけでオッケーです
私 物理検定を勉強する際にやってたことなんですけど、これは皆さんに合うかはわからないん
ですけどね
スタンプを思い浮かべるようにしてます 壁の代わりに
波がそのままスタンプの上を進み続けてそれを折り返すように押してあげると完成!
みたいな感じですね
実際に、この波を合成すると
non
こんな感じになります
入射波・反射波は上下同じ形をしているので絵は下手ですけど、 同じですからねちゃんと同じ
を意識して限ってるけど、凹んでますけどね 同じ形としてみなしてください!
だから、重なる部分は 変位0になりますよね
では、次行きましょう
次に波が逆位相で反射すること 要は端っこが固定されちゃってるんですよ
言い方を変えるのであれば、 反射波は入射波の高さを反転させたものになる

ページ36:

山で入射したもの波は谷で帰ってくる谷で入射した波は山で帰ってくるってことですね
波のイメージとしては、まず壁をオーバーしてしまった分を上下反転します
そしてから、 また、 左右対称にパタンてやってあげる感じですね
そうすると、これはちょっと想像しにくいかもしれませんが、 波を合成してみましょう
no
こんな感じですね 青と緑 (入射波と反射波) が重なっていますので合成するとその部分だけ紫
の部分が2倍になりますよね
画像でちゃんと2倍になれてるかはよくわかってないですが
ただ左部分に関して入射波部分しかないので、それをただただなぞればいい

ページ37:

では、反射はこの辺にして一気に難しい定常波をやっていきます
ただでさえ波の分野は結構難しいのにこれはガチ目に難いんです
では見ていきましょう 定常波(定在波) て言うのは一言で言うと、 一定の位置で振動する波の
ことです
2つの同じ向きが逆向きに進むとどうなりますか? 先ほどやりました通り1度重ね合わさって素
通りしていく
ですよね 実は2つの同じ波が逆向きに進むと、重ね合わせの原理によって定常波が発生するっ
てことなんですが
じゃあ、これがお互いに逆に進む 同じ速さで同じ振幅で同じ波長 この2つの波が合わせる
とどうなるでしょうか?
それを今からやっていきますね
実は定常波っていうのは、ちょっと特殊な波で進まないように見える波なんです
本来の波であれば、波が発生するところ (=波源) から遠ざかるように進んでいくわけですが
決まった位置で山と谷を繰り返すから、 振動はしているんだけど本当に決まった場所にしか現
れないから、どちらにも進まないように見えるんだと
これ言葉だと説明しにくいので、 動画のリンクを貼っておきます
これで脳にこんな動きをするんだって覚えさせてください
https://youtube.com/shorts/g67AWdqTOLw?si=qjbPlbw0Qgv5BJFi
AAMA
この上の状態と下の状態が交互に交互に繰り返されてるような感じですね
そして定常波では何回も言うけど、 山と谷は決まった場所にしか出現しないんですよ
つまり2つのタイプのところが存在するんです

ページ38:

山と谷を繰り返すところ つまり大きく振動するようなところ 定常波の中で1番振幅が大きくなる
点って言ったほうがいいですかね この部分のことを腹
そして、こいつとは、 逆に全く振動しないようなところその部分を節と言います
そして、定常波は、 同じ振幅の波同士が重なってる合成波と捉えることもできます そうすると振
幅は元の波の振幅の2倍と言うふうになります
腹の部分、 意外と勘違いしやすいんですが 変位ゼロの時なんてないです て言う事は間違いな
んですよ。
よく振動している部分ですので動きを考えてあげると変位マックスの部分もあれば真ん中を通
過する部分もありますよねってことで変位0の時もあります!
そして、波1周期分 (波長入) この中には山と谷がありますよね 1つずつ
右に進む波の山と 左に進む波の山が重なったときに 腹ができます
その次は、お互いの谷が重なる時ですよね
ある場所で、山と山が重なっている時 そのすぐ隣で揺れてるのは谷と谷が重なってるところです
1つの波の中で山から1番近い谷までの距離は全体のちょうど半分になるので
腹から腹までの間隔はN/2
節から節までも同様
ただ、腹から節まではN/4
これは覚えといたほうがいいです
波 ⑥音の性質
ここからは音についてやっていきます
さて、音の三要素って何でしょうか? このうち2つは中学校でやってることなんですが、 1つ新た
に出てくるものがあります。
ていうの見て行きます あと音の三要素って言われて、 リズムとメロディーとハーモニーと答える
人 音楽好きなんだなと思いますこれは音の三要素ではなくて、 音楽の三要素ですね!
(本人、 結構音楽の授業とか好きだったのでちょっとこの分野は好きなんです笑)
まず中学校のおさらいからやっていきますか
まず、音を発するものを音源といいます 波の発生源を波源と呼んでいたんですけど、音の分
野に関してだけ音源と呼ばせてください
そして、基本的に音を伝える媒質となるものが空気以外もあるんですけど、 基本は空気だと思っ
てくれてオッケーです
ただし、真空中は伝わらないってところですよ だから空気がないと音は伝わらないってところ
気体・液体・固体 基本真空中以外だったら音って伝わるんですけど
気体の方が音が伝わる速さってのは遅いです音は縦波である
つまり押されたら元に戻ろうとする感じでしたね
そして音速は温度が上がるとどんどんどんどん速くなります
大体音速は340m/sて書かれることが多いですが大体温度で言うと15℃くらい

ページ39:

これ、公式があって
音速V = 331.5 +0.6t
このtが温度を表します 計算すると340.5ですけれども。
大体ですから、、、 あとこの公式は覚えられたら覚える位でいいと思います あんま無理して覚え
るもんでもない。
ただ15℃程度で340m/sくらいなんだなぁこれぐらいは知っといてもらいたいです。
ここまでは、波に備わっている性質について、いろいろお話をしてきたわけですが
そろそろ具体的なやつも見たいんですよ
引用 https://atam-academy.com/blog/42862/

ページ40:

JA A
https://illust.atam-academy.com/tag/%E3%83%88%E3%83%A9%E3%83%B3%E3%83%9A
%E3%83%83%E3%83%88
さてなんで画像貼ったか 文章だらけで、 皆さん多分疲れちゃうと思うので、一旦 イラスト挟ん
だだけです
この2つの楽器 互いに分類が違います
ピアノは鍵盤楽器ですがトランペットは金管楽器ですね。
ちょっと残酷なことを言うと周りのうっせえ音 演奏会とかの綺麗な音
所詮、物理では波です
それで中学校では大きい音は振幅が大きい 高い音は、振動数が大きいこんな感じで習って
ると思います
この大きいとか高いってのは、 音の三要素の中の2つなんですが
もう一つよこれが新しく勉強するものですね 例えば同じ音階と音量でピアノとトランペットを演
奏します

ページ41:

さてこの2つの音、おんなじ音階でも、 全然違うように聞こえるはずなんですよ
ちょっと、それぞれの楽器の動画を持ってきましたまし曲は違いますけど
https://youtu.be/xB t1arBmmc?si=JmmQkLgwlSrLSqoz
リスト『ラ・カンパネラ」 (ピアノ)
https://youtube.com/shorts/RfKFMxB hl4?si=FU5-ssQxingoVZI
サン=サーンス 『白鳥』 (トランペット)
実際聴いてみてどうですかね?
おんなじ音階でも全然違うように聞こえません?
音が大きい音が高い そしてもう一つの要素は音の聞こえ方なんですこの音の聞こえ方を音
色といいます
音の大きさが振幅 音の高さは周波数(振動数) そしてこの音色も波の性質なんですが 波形
ですね。
J
音の波形って声を出す人とか、 楽器によっていろいろあるんですよ
波形が違ければ、 音色が違うんだ 新たにこれは1つ覚えておいて欲しいなと思います
それでは、波の性質の最後として新しい勉強をやります
うなりと呼ばれるものです

ページ42:

MW
MA
波が5個
波が5個
波が5個
MM
波が4個
波が4個
波が4個
M M M
周期T[s]
周期T[s]
周期T[s]
引用 https://juken-philo.com/unari/
実際に、音を聞いてもらいたいなと思います
https://youtube.com/shorts/MpGHz01zFmw?si=W6YeTp7lioY3XAtJ
実はこの画像は音叉を叩いてるんですが 実は振動数がちょっとだけ違う2つの音を同時に発生
させます
そうすると、ウォーンウォーンみたいな音が聞こえたと思うんですけどこれが音が大きくなった
り、小さくなったりそんなことが繰り返されるわけです
このような現象をうなりといいます
なんかちょっと怖い音ですよね笑
上の画像で上の方 波が5つのものですね これは1秒間に5回振動してることを表してます
真ん中は1秒間に4回
じゃあこの2つの波を合成しましょうってなったのが上の画像の下のやつです
山山 谷谷 重なってるところは振幅でかくなるんですよね
ただ、谷と山が重なってるところだと、 互いに相殺するので 振幅は小さくなるわけです

ページ43:

それが見て取れるかなと思うんですね
そして、新たにうなりの周期ってものを定義していきますか
合成波が強いところから、 次の強いところまでを1カウントとしましょう
本来であれば、もっと振動数はでかいんですけど、あえてめちゃくちゃ小さい数でやってます
では公式です
この周期をTとしたときに
うなり
公式
f=lfi-fl
1秒間fi回権動→T物にIXT
11 f2 11
Silf, XT-f₂ XTI = 1
PIXT
差は1
Ulf. - fal = — x 17 o
こんな公式で表されます
めっちゃいたってシンプルです
例えば、330Hzの音叉と333Hzの音叉を同時に鳴らすと
| 330 - 333| = 3
だから、1秒間に3回のうなりが生じるよねって感じです
シンプルに、2つのやつがあればそれを引き算してあげて絶対値をつけてあげると完成って感じ
ですね
ちなみに、音楽とかでギターとか習うかなと思うんですが 音楽を取ってる人は
ギターとかチューニングってあるじゃないですか 実はあれってうなりを利用してるんです あれ
が聞こえなくなったらオッケーだって。
波⑦弦と気柱
ここでは、 弦楽器と金管楽器・木管楽器がメインに出てきます
バイオリン ギター ビオラ いろいろありますね
木管楽器であれば、リコーダーとかフルートとかサックスとか
金管楽器だとトランペット トロンボーン チューバ
その前に固有振動ってなんだろうなって話をしておきます

ページ44:

実は、ある物体を振動させると、 物体ってその材質とか形とかによって振動しやすいものってある
んですよ こんな感じの振動を固有振動と言いまして、 この時の振動数のことを固有振動数とい
います
ブランコを使って例えると よくある例ですけどブランコの揺れ幅ってその乗り方によって変わりま
すがブランコの振動数、つまり1秒間に振動する回数ってのは変化しないんです 揺れの速
さって言いますけど。 それをコントロールすることができない。
=ブランコが揺れる振動数はもともと決まってるんだ こんな感じで、 あらゆる物体はこういう揺れ
やすい振動みたいなのがあって、これが固有振動ってやつです
だから、その物体を揺らしてあげると、 その固有振動数しか振動しないみたいな だから、どれ
だけ強い力で揺らそうが弱い力で揺らそうが変わらないってことですよ
音叉とかもそうですよね 決まった高さの音を出す道具で音の高さって振動数によって決まるか
ら
それでは、次に共鳴って話をしていこうと思います
動画
https://youtube.com/shorts/4nyObIWK6ml?si=PYqZyJIfWTa6cGXb
さて、実際に動画で確認してみましたでしょうか?
こんな感じで、外部から振動を加えてあげたときに
その振動数ってのが、 その物体の固有振動と一致すると 物体は振動し始めるんです これが
次第に大きい振動になっていくわけですが。 この現象共鳴(共振)といいます
これもブランコとかで例えると 振り子みたいなもんですよね 乗ってこいで 大きく揺れるようにし
てるわけですよ
この振り子の周期、 まぁブランコの周期ですねこれに合わせて動くことで、さらに大きく揺らせる
みたいな感じです。
私はブランコへたくそなのであんまりできないんですけどね
だから、これ結構不思議な現象なんですけど
仮にある物体Aがあってこの物体Aの固有振動数は、300Hzとしましょうか
僕が、この物体Aに対して何か喋りかけますただし、僕の声は仮に300Hzとします
そうすると、この物体Aは、ガタガタガタガタ揺れ出すわけですよ
ブランコの場合は、 共鳴というよりかは共振と言ったほうが適切ですかね
音が伴う場合、 共鳴って言うんですが、 よく教科書とかだと一緒になってます
そして、今からやる弦にも固有振動ってものが存在します
それでは、本題に入っていくとしましょう!

ページ45:

https://free-icons.net/music019/
では見ていきましょう
バイオリンとか、 ギターの弦を弾くと弦は振動しますよね
実はこれって定常波なんですよ 伝わる波が端っこで反射してきてさらにそれがまた反対側で
反射しますと
ちなみに、この反射は、 固定端反射です
同じ波が向かい合わせに合成されるってことになりますよね そうするとどうなるかわかりますか
ね
だから定常波なんですよ
だから、両端が節の定常波です
ちょっと難しいんでここからはサツマイモを使って考えていきましょう。
なんでかって言ったら、 波の形がそれとなく何か似てるからです
ある理系の先生が言ってたんですが、 弦楽器の振動に関してはサツマイモを使って考えろ それ
以上は教えない。
みたいなことを言ってて、 自分で考えた結果 使えるようになったので、このサツマイモの法則を
お伝えしたいなと思います
※さつまいもの法則は自分で考えた言葉です 正式な用語ではないので覚えないでください。

ページ46:

実は、形が1つのサツマイモに見えるんですよでこのサツマイモの数に着目したときにこのサ
ツマイモ1つが定常波の2分の1波長になるってことです
&ei達さひ
固定端励
2e
apa
J
f
2
ひ
こんな感じになります
2e
ギターとかを手で、 ぴんと弾いてあげるとこんな形になります
別に輪ゴムとかをピンって引っ張って、 それを爪弾いてあげてもこんな感じになりますね
真ん中とかを爪弾くとそこが波源となりまして 外側で固定端反射を行う そうすると波が逆向
きに重なり合うから定常波ができますねってことです
だから、 両端が節 真ん中が腹になるような感じです
実は、これが1番シンプルなやつでさっきのサツマイモの法則でのさつまいも1つ分になるわけ
です
両端が必ず節になるから、サツマイモに見えるんですよね
と、いうことでこのサツマイモ1個分の振動 これを基本振動といいます
この基本振動っていうのは、腹が1つの定常波ができる最小の固有振動数のときの振動ってこと
です
このサツマイモの数によって決まるんですが サツマイモが2つだったら2倍振動
サツマイモが3つできるのであれば、3倍振動ってことになります
だから、サツマイモがn個あったらn倍振動ってことになるわけです

ページ47:

②
a
ひ
では、先ほど出てきた基本振動と2倍振動と3倍振動について
弦の長さから関係を色々と表してみましょう
a
203
2
サツマイモ→定波の音波→/2/2(完)
ひ
基本振動 x1
=
2>2=21
2作〃
211 // 1=7×2=7
ē
入
f = 7 ^ <- a = 87
2e
a
f=z
の公式の
l=
1=2x3=1/22
3億り
f = 3th
36
2人
※こ弦の長さ さひ 波長入周波数
これもサツマイモ用いて表していきます
画像にミスがあるんですが、 下のところの注釈周波数fとなってますが、一応振動数fとしておきま
すね
画像のさつまいもの数に着目してそれが何個あるかを数えます
さつまいもは1/2ですのでそれに個数を掛け算してあげればいいんです。
定常波においては、隣り合う節と節の距離は1/2波長でしたもんね
そこからサツマイモを導き出せてます

ページ48:

まずN/2 ×さつまいもの個数 これを入=の形に式を変形して そうすると波長を求めることができ
るからこれをv=f入 このノートでは、 波の基本式って呼ばれるやつですね
そいつにぶち込んで f=の形にしてあげれば、 振動数を求めることができます
なんてことないですよね
サツマイモの法則を利用すると意外と簡単ですよね
では、まだまだサツマイモの法則使えます
てことで気柱の方を攻略していこうと思います

ページ49:

https://www.irasutoya.com/2014/01/blog-post_8318.html?m=1
こちらリコーダーですね 皆さんは音楽の授業で絶対とは言い切れないですけど、9割型の人は
使ってると思うんです。
リコーダーを吹くことで、 音を出すことができますが さて実は振動してます。
じゃあ何が振動してるの? リコーダー本体ですか?

ページ50:

違いますよね! リコーダーの中にも、 やっぱり空気って充満していますので、 そのリコーダー内
部の空気が振動しております
管楽器って言うふうに言いましょう 筒状になってるじゃないですか。
この筒の内部にある空気のことを気柱といいます
気柱の振動も、 2つのパターンがあって
管があって 片方は空いてるけど、もう片方は閉じている
それと、両方とも空いてるみたいな感じです
片方は空いててもう片方は閉じてるものを閉管
逆に、両方とも空いてるよってのは開管といいます
それらを見ていく前に1つだけ話すとも気柱の振動を扱う上で考慮しなくてはいけないことが1つ
あって実は振動は管の外には出て行かないんだ
開管だと両側が空いてるから出て行くだろうって言ったら 実は気圧ってのがあるんですよ その
せいで管の出口で出て行かないでください 押し戻されちゃうんですね。
もっと言うと圧力の差です
その結果として、 管の中で、 仮に右向きに波が進んでいくものだとしたら 右向きに入ってくる波と
出て行かないでくださいと戻された波 反射ですよね
そいつらが重なることで、 定常波が発生します
では、本題に入っていきます
開管の方から見ていきましょうか イメージとしては、トイレットペーパーの芯です。
①
2
X
こんな3つのタイプをやっていこうと思います
基本振動と2倍振動と3倍振動ですね
実は、両側が空いているって事は両端が腹の定常波ができます

ページ51:

基本振動ってのが基本の形じゃないですかこの基本の形がいくつありますか? ってのが考え
方なんですけれども
今回は、サツマイモの形に全然似てないので、サツマイモの法則と名前をつけておきますが 画
像①の数学とかでよく出てくるちょっとしなやかな×
こんな感じのものが基本の形です これを1個のサツマイモとみなしてあげてください。
サツマイモの法則 ここでも出てきます
サツマイモ→宇波の吉沢→1/2(=)
基本振動に
=
f=
ひ
←f7
21
の公式の
2倍〃
21ts // 1=7×2=2
f:
a
l=3×3=/a
3億り
f = 13 14 15
3u
2人
波ヲ
※弦の長さ さひ 波入用者
これとおんなじなんです。全部
これの導き方は先ほどやりましたがこれ覚えちゃえばここの 開管でも活躍します
覚えちゃえば一石二鳥ですね
本来は下の口のところに腹ができるだけど、 実際に腹ができるのって口よりかはちょっと外側な
んですよね 誤差があるんですが
この誤差は一旦考えないものとしたら、 公式は同じです
ちなみに、この誤差の名前を開口端補正といいます
一旦それは無視して考えていきます
2倍振動の場合は、この数学のしなやかなx (サツマイモの代わり)が2つあります
3倍振動だったら、 これが3つあるんですよね ただただそれだけです。
問題は閉管の方ですね
塞がれている方は壁があるから動けません つまり壁の方では空気って振動できませんので
定常波の節になって
逆に、口の部分 ふさがってない方ですね そうすると空気って大きく動けますよね。つまりこっ
ち側が腹
これさえ押さえとけば 残りは楽勝です

ページ52:

もうちょっと言うと、 開いた口の方から振動ってくるじゃないですか そうするとその振動は塞がっ
てる方で反射して戻ってきます。 そうすると入ってくる波と戻ってくる波が重なり合って定常波が
できますって感じですね
だから、片方が腹で片方が節になるって感じです
C
a
f
ひ
4'e
4e
3er
500
共鳴
fe
4e
4e
5 b
5
4t
こんな感じの絵なんですがだいぶ昔に書いたやつなんで汚いですね。
考え方としては ①を基本として考えていきます
これはサツマイモの半分です 基本振動においてはサツマイモ半分ですから
さつまいも1個ってどれぐらいでしたか 大丈夫ですねN/2ですよね。
さて、基本振動はちょっとこっちの画像だと文字が汚いので新たに書き直します

ページ53:

サツマイモ:2
生
基本振動に号×2
f
い
3倍り人口
え
f
こ
ひ
4人
370
4h
5仰
こ
56
f
41
こんな感じになります
あっ、、、 2倍振動と4倍振動を書くの忘れてた、、、
ではなくてですね 実は2倍振動とか4倍振動とかはないんですよ その説明は後々するとし
て、この画像の説明を先にしちゃいますね。
さつまいも1個が入/2ですので さっきの波の画像を見てもらえばわかるんですが、 あれ1個の半
分、つまり言い換えると1個の1/2ですよね。
だから、 基本振動に関しては管の長さ=サツマイモ1個の長さだから
1/2をかけてあげて、 半分にしてるってことです これが基本振動ベースの形です。
そして、次に3倍振動ですね 3/2となっておりますが。 これは半分が3つ分あるからこんな形で
す
5倍振動も同様ですね
周波数に関しては、やっぱり波長を基本式にぶち込んで求めてるって感じです
そしたら2倍振動とか、4倍振動がない理由って話をしていくと
皆さんは薄々気づいてるんじゃないですかね 2倍振動ってのは、基本振動の形が2つくっついた
もの
そして閉管の場合は片方が腹となり、片方が節となる
基本振動2つをどう組み合わせようができるもんでもないんですよ
片方が腹 片方節 無理です だからおんなじように6倍振動とか8倍振動なんて奴なんて作れっ
こない
てことで、奇数倍の振動しか存在できないんですよねってところはちょっと押さえといてもらいたい
かなって感じです
皆さん、めちゃくちゃ難しい波動をお疲れ様でした てことで、次回から新しい分野に入っていきま
す!

ページ54:

第5章 電気とエネルギー
いよいよ物理基礎最後の単元です
中学の頃 オームの法則出てきましたね あの法則の再来だ あっそれ! って感じです
最初からオームの法則ではなく 中学理科の深堀から始めていくこととします
電気とエネルギー①電気の基本知識・原子の構造・静電気
ではやっていきましょう
おさらいも交えて、 新しい内容もちょこちょこ取り入れていきますね
皆さんは、下敷きで髪を擦ってボワってやったことありますでしょうか?
本人はないです 断じて多分ないです。
これって実際言うと、髪の毛が下敷きに引き寄せられるって言うんですかね。 そんな感じなんで
すよ。
こんな感じ
こんな感じで、2つの違う物体を擦り合わせて片方がプラスの電気 もう片方がマイナスの電気
を帯びるって感じになるんですが
こんな感じで、 物体が電気を帯びることを帯電といいます
よくストローとティッシュの例とかも出てきますね
ティッシュ
ストロ
こする
電子(-)が移動
こんな感じの
そしたら、静電気ですね この画像の通りなんですが 2つの異なる物体を擦ってあげるとこの
2つの物体との間で、 電子の移動が起こります
このために静電気って生じるんですけど、 じゃあ静電気ってなんやねんって話ですね
静電気帯電した物体にとどまって移動しなくなった電気
イメージとしては
電子たちは逆頑固なんですよ 実際こする前は髪の毛にいるもんが 下敷きの方が居心地ええ
なって感じで
電子たちは移動するんですがそうすると下敷きの方がマイナスになりますよねだから相対的
に見ると下敷きの方が電子の数が多いってことです

ページ55:

そして意外と静電気にまつわる用語かって勘違いされるけど、 静電気以外にも普通にある静電
気力って言葉を見ていきます
静電気力... 電気 (電荷) の間で働く力
こんな感じですね
←
t
は、増なんなん!
絶交だよーだ!
引
ん
仲良くは~1
実は、静電気力 物体が持つ電気によって実は違うんですね
この物体が持つ電気のこと電荷といいます 電荷を言い換えると何らかの電気現象を生じさせる
原因です
そして、こいつらの様子を見る限り、何か喧嘩しちゃったんでしょうね
赤い子はプラスの電荷 青い子はマイナスの電荷を持っています
赤い子同士と青い子同士で 「は?お前何なん? 絶交だよ~だ!」 みたいに退く関係になって
ますね
いつも、この時のおんなじ符号の時 互いに反発する力が働きます この力を斥力といいます
逆に1番下のプラスとマイナスの子 仲良くしようねって言ってますね
こんな感じで、 お互いに違う符号の場合 お互いに引きつけ合う力が働きます この力を引力と
いいます
そして、電荷にちょっと深ぼっていきたいわけですがこの電荷が電気の量のことを電気量といい
ます そしてこの電気量を表す単位としてCと書いてクーロンといいます
です
そして、なんとなく想像できると思いますが

ページ56:

1C
1C
2C
仲良くしょ~
好き!
ボクモン
2c
こんな感じで、 電気量のやつが大きいほど大きくなりますね
ちなみに、距離が近いほどでも大きくなります
だから、 電気量が大きいのと、距離が近いほど引力がでかくなるって事は抑えときましょう
あと、こいつら腹立ちますね!
では、原子の構造をやっていきますって言っても、 皆さん多分大丈夫です 化学基礎を習ってる
方は余計大丈夫です。
すべての物体は、原子から構成されているわけですが
これ以上分割できません! 大きさと質量決まってます!
変化しない 急に現れたりもしないし、 急に消えたりもしないし、 別のものに変わったりもしな
い!
こんな感じの性質がありましたね !
③
原子

ページ57:

こんな感じのやつです
世の中のあらゆるものは全て原子でできてますての中学校と化学基礎 (習ってる人)でやってき
てるわけです
・田陽子
原子核
中性子
◎電子
さらに、その原子の構造ってのを細かく見てみると、こんな感じになってます
これが代表的なヘリウム原子の例なんですがね
さっきから電子とか電子とか言ってなんやねんて
これを説明しないと始まらないんですよといってもこれもおさらいなんですがね。
改めて原子の構造の話をしておきます
この原子はマイナスの電荷 (負電荷)を持つ電子とプラスの電荷 (正電荷) を持つ原子核で構成さ
れてます
で、さらに原子核はプラスの陽子とプラスもマイナスも帯びてない中性子からなっている
そしてヘリウムの場合は陽子2つ 電子も2つ
炭素だったら陽子6つ 電子も6つ
酸素だったら陽子8つ 電子も8つ
こんな感じで、1つの原子の中に 陽子と電子は同じ数含まれてます
だから原子は全体としてプラスとマイナスで打ち消し合うから電荷は0 プラスもマイナスも帯び
ないんだぜて習ったと思うんですが
これだけだとちょっと納得いかないと思います
てことで、新しく勉強する知識で原子の構造に関すること
中学とか化学基礎では勉強しないことですね
実は、電子1つって電気量としては-1.6 × 10-19 Cなんですよ
陽子は、符号を反転させて、 全く同じ数です
だから、打ち消し合うってことなんですよ
で、そしてですね。 この 1.6 × 10-19 Cのことを世の中にある電気量の最小単位ってことで電
気素量といいます eで表すことが多め。

ページ58:

そして、この原子の構造の最後として、原子ではなくなっちゃうんですが、 イオンの話をしようと思
います
電気を帯びた原子や分子のことをイオンといいます これは基本的に電子の出入りによってでき
るものです。
ナトリウムイオンのように電子を放出することで全体として正電荷を帯びるような奴らは正イオン
逆に、塩化物イオンのような電子を受け取ることで負電荷を持つようなイオンのことを負イオンと
いいます
あれ? 言い方変わってない。
陽イオンと陰イオンで習ったんだけどて思った方はどっちでも大丈夫です
ただ、陽イオンとか陰イオンどちらかと言うと、 化学の方で使うような用語ですね
意味は一緒だけど、物理では正イオンとか負イオンと呼ぶことがちょっと多いかなって感じですね
物理の試験で別に陽イオンとか陰イオンって書いてXもらう事はないと思います
わからないですけど!
※原子の構造は1回ここでも触れてますがエネルギーの最後の方でまたおんなじことをやりま
す。 その時はまた新しい用語みたいな感じで重要用語扱いをしますが くどくて申し訳ないです。
電気とエネルギー②電流と電圧と抵抗
うわー 絶対あいつ出るじゃんみたいに思った方ご安心ください出ます
中学の頃、散々苦しめられたあいつ出ます 人によっては得意だったって言う人もいると思いま
すけど多分大半の人苦手だったんじゃないかなと
(こういう勝手な偏見を持つような人間です)
ではやっていきたいと思いますが、 その前に導体・不導体の話をしておきます
ただ、これは簡単ですので本当にざっくりですけど
釘 フライパンなどのようなざっくり言うと、 金属とかそうですね 電気をよく通すような物質のこと、
、 導体
"
逆にゴムとかそんな感じの電気を通しにくい物質の事、、、 不導体 (絶縁体)といいます
シンプルに、 その電子と原子核の結びつきの強さにあるわけですけれども
導体は原子核が電子を惹きつける力ってのがすごい弱いですだから物質内をうろちょろできる
わけですね 金属とかなので、こんな感じで、 金属の中を自由に動くような電子をそのままですが
自由電子といいます。
絶縁体はその逆ってことになります
ちなみに、中間は半導体と呼ばれるやつです
それでは、電流の方を見ていきたいなと思います
電流てのは、電気の流れ シンプルに言うと、こんな感じ
では、皆さんに聞きたいことが1つございます 電流はプラスからマイナス 正極から負極
それか、マイナスからプラス 負極から正極

ページ59:

さて、電池に接続してあげると電流って流れるわけですけれどもプラスからマイナスとマイナス
からプラス
流れる向きとしてはどっちが正しいでしょうか?
これは小学校からやってきてることですが、 プラスからマイナスですよね
これはなめてんのかと思わせるような問題でしたかね
じゃあこの電流がプラスからマイナスに流れる根拠ってなんですか?
結論を言うと、そう決めてしまったからです
寺 電流
電子
だから、こういうことになってる
昔の人ってのは、何かは流れてるんだな でもその正体わからへん
だから、流れてるのは確かだよね てことでプラスからマイナスに流れる”ということとしましょう”て
ことです。
こういう風に決めつけちゃったわけですね
この人が電流の単位A (アンペア)の名前の由来になっているアンペールさんなんです
こういう風に決めたのが、 どんどん世界中に浸透していったわけで 20世紀頃になると電流の
正体がわかっちゃったんです
この電流の正体ってのが自由電子なんですね でその電子はマイナスなんですよこのマイナス
がくそ厄介
この電流ってのは、プラスの電荷 プラスの電気が流れる方向が電流の方向なんです!
だけどマイナスの電気を持っている。 自由電子ってのは、電流とは逆方向に流れてる。
でも、そこから広く浸透してそれをもとにいろいろな法則とかが作られちゃってるせいで、今更そ
れを変えるわけにはいかんだろう
それが現在に至る
紛らわしい事としては電流の向きと電子の向きってのは、互いに逆の関係
電流の向きはプラスからマイナス 自由電子の流れる向きはマイナスからプラス
さっきの画像の通りです

ページ60:

では、改めて電気の流れってのは中学レベルまでの電流の定義です
改めて電流の定義をしていきたいと思います
電流... 1秒間に移動する電気量
さて、おさらいです 電気量の単位は何でしたっけ? C と書いてクーロンでしたね
そして、この電流を表す単位っていうのはAと書いてアンペアですね
で、このアンペアを単位言い換えると、 1秒間に移動する電気量なのだから C/s と言い換える
こともできます
例えば、5秒間で500C 流れるとするのであれば
1秒間あたり、100 C流れるわけですよね
よって100C/s と表す それかアンペアを用いて表すのであれば100Aとするわけです
そしたら、この電流の公式を見ていきたいわけですが
電流の大きさをI(A) そして秒間にq (C) 流れたのであれば
[c]
or
[A]=
[s]
t
こんな感じで公式として表すことができます
右側の式は、単位で表しておきました
そしたら、ここから電圧を見ていこうと思います
回路と電池を接続すると、 電池の中にあった電気が流れて 空っぽになったら電流は流れなくな
る
これが皆さんこう思ってたら、 考え方直して欲しいですね
これって間違いなんです。 電池の中に電気が入ってない
電流今やってきたんですが 電流の正体って自由電子ですよね それは導体の中にたくさんいる
んだ
だから、もともと導体の中にいた自由電子が動いてるだけなんだよ て言う話
あと、もう一つ電圧の高さの話です
よく電圧の高さなんて表現をしますが 電圧の高さってどういうことやねんて
電気を流すときには、押す力が必要になるこの押す力の強さのことを電圧の高さって表現して
ます
電気が持つエネルギーみたいな感じですかね
電気を押す力と電気のエネルギーって言い方もしたりするのかな 私はこれから電気のエネル
ギーっていますから
だから、電圧が高いほど電気を流す力が大きいことになるわけで
乾電池とか、電源とか電池とかそういったもの 電圧の高さが上がるって教材とかには書いてる
んじゃないでしょうか

ページ61:

ちょっとふざけた言い方をしますね
電圧の高さは電源が決めてます 電源はとりあえず電気にエネルギーを与える装置ぐらいに考
えといてください
そしたら 電源のプラス側の方がエネルギーは高いです
ポイント1 電源や乾電池では、電圧の高さが高くなる
抵抗って何でしたっけ 抵抗器は電気の流れをちょっとだけ邪魔するものでしたよね。
だから、電気って流れるときに抵抗でちょっとずつエネルギーを使うんです
電球とか抵抗に入ると電気はそのエネルギーを使って光とか熱を作るので 電気の持っているエ
ネルギーっていうのが少し減るっていうのはわかりますかね
減った部分が電圧の高さが下がるっていう所
ポイント2 電球や抵抗で電圧の高さが下がる
そして、導線ですね 導線はただ電気を通すだけ。
抵抗がほとんどないから電気はスムーズに流れる 電気の持っているエネルギーってほとんど
変わらないからね。
ポイント3 導線の高さは変化しない
電圧の高さを持っているエネルギーみたいなものですから 電源で高くなって電球とか抵抗で下
がりましたよね そして導線ではほぼ変わらなかったと。
1周したときに、高さの増減が打ち消されて0になる
ポイント4 回路を1周したときに0になる
(中学レベルの説明ですが、 これでも充分通用します あと抵抗は習ってることになってますが、
この後新しいバージョンの抵抗を勉強します 一旦中学理科位の抵抗の説明で一旦我慢してくだ
さい。)
ただ、電圧はこれだけね
だから、電流が流れ続けるわけなんだけど、電源とか抵抗で上がって下がってを繰り返してる
電源を通して高さが上がって抵抗を通ることで、 高さが下がるんだぜってところを抑えてくれと
ちなみに、用語としては抵抗で下がる高さ、 つまり電圧のことを電圧降下といいます
そして皆さんは電圧って聞くと、 電気の圧力だ 文字の面がそうだもんね
だけど、電圧の別名が実は存在してて 電位差と物理基礎では言うことがあります
電圧よりこっちの言い方を慣れといたほうがいいです
それでは抵抗を見ていきます
実は、電気を通しやすい物質だったら、 スムーズに通るかって言ってもやはり通りにくさっての
が存在しちゃうんですよこの電気の通りにくさを表すものが電気抵抗となります
電気抵抗... 電気の流れにくさの指標 数値で表したもの
単位はΩ と書いてオームと読む
ここからは、新しい内容です 抵抗っていろんなものによって決まったりするんですよ。
まず1つは温度によって変わるってところですね

ページ62:

温度が上がると熱の分野でやりました。 熱運動が激しくなります。 要は温度が上がれば上がる
だけ粒子たちの運動が激しくなっていく。
そうすると、動こうとしてる自由電子がいるわけですけれども、この流れを邪魔する形になってい
るのわかります?
だから電気抵抗は大きいってことになるわけです
一旦ちょっと水流モデルっての持ってきますね
直列回路
引用 https://futabajuku.jp/digital-kairomodel/
この画像において、抵抗を表しているのは、この歯車がある道です
ポンプですかね 下にいる水たちを上のほうに持っていくのが電源の役割
みたいな話ですけど
電気の通りにくさ、流れにくさ 何によって決まるのかってのもうちょっと見ていこうと思います
この歯車がある道を見てもらいたいんですがこれが長いほど道の幅が小さいほど道が凸凹
してるほど電気抵抗は大きいんです
道の長さから見ていくとこれはまあまあ推測できるんじゃないですかね
速さが一定だと仮定した場合にこの道の長さが2倍とか3倍になった場合
通り抜ける時間も2倍3倍になるのはわかりますよね
だから、道(=導線) の長さって言うのと抵抗は比例関係にある
ここで忘れて欲しくないのが電子はたくさんいるんですよ
つまり、大勢で一斉に通るのであれば、 広い方が良くないですか?

ページ63:

と、いうことだから狭いと混雑してしまうから、通り抜けにくいから抵抗は大きい
逆に、広ければ通り抜けやすい抵抗が小さい
これが断面積(=底面積)になります としますと 断面積が小さいと抵抗は大きくなる。 つまり反
比例の関係にあるんだ。
そして、断面積も長さも同じであれば、取りにくさは変わるかって言ったら、もう一つ材質ってあり
ます
要はさっき言った凸凹のある道だと思ってください 材質ごとの電気の通りにくさの違い これを
抵抗率といいます 材質によって決まる定数です。
基本的に導体は抵抗率小さめってことですね 実際に抵抗率が小さければ導体 大きければ絶
縁体みたいな感じで区別してるんです
本当のことを言っちゃうとね
だから、抵抗の大きさってのは、長さに比例して、断面積に対しては反比例するよって言うことに
なります
抵抗との間
長い方が流れにくい
@
道の長さ
比例
広い方の表れです
断面積
反比例
抵抗 →スムーズ!
材質
こういうことですね
公式と使って表すと

ページ64:

l
R[R] = p ====
R.... th th
S断面特
1 m
S
抵抗率もまさ
12.m
2
こんな感じですね。 ここでおそらく見たことがない記号が2つほどあります
まず、1つのPみたいなやつ Pもどき pなんですけど これが抵抗率を表しててこの記号の読み
方はロー
そしてその文字として表せてるやつじゃなくて、 普通に単位として使われてるやつ
その抵抗率の単位Ω・m ですね そのままですがオーム・メートルと読みます
では抵抗はこの辺で終わりにします。 いよいよあれが出てきますね。
電気とエネルギー③オームの法則
実はこれすごい法則なんですよ 実際に回路組まなくても 計算だけで電流とか電圧とか抵抗を
求めることができちゃうんですから
皆さんは、丸書いてわかりやすいやつ 今回は掲示しませんけど 私思いっきり中学理科の方に
は書きました。
があれば、正直私お勧めしてません。 ずぼらツールってやつです。
物理基礎からはあんなやつ使えませんから、肝心ながわからないし、変形もできなくなりますし、
もうデメリットしかないので
それでは本格的にやっていきますね
皆さん、この法則絶対聞いたことあります どんな法則だったか忘れてる方は、 これを機に思い
出してもらいたいんですけど。
V = RI電圧=電流×抵抗
これは知ってる! て言う人も多いと思います
さて、この関係式のことをオームの法則と呼ぶわけですが
ほとんどの抵抗では流れる電流と 抵抗にかかっている電圧は比例関係にある
自分ですね V=RI って書いてるんですけどちょっと省略しすぎかなって感じてます
なので、改めてちょっとやっていこうと思いますね

ページ65:

V=RIのものを日本語でちゃんと書きます
その抵抗による電圧降下=抵抗値×その抵抗を流れる電流の大きさ
回路においての抵抗の役割って何かって言ったら 電圧 (電位差) を下げることです
だから、たまに電源とかの電圧をぶち込んで計算してる人がいますがそれは間違いなんだよっ
てことです。
ちょっとここからは細かく見ていきたいと思いますね
RC-2;
I[A]
まず、状況としては、電圧Vの電池に抵抗値RΩの抵抗を接続します この時としては電流が流れ
てるわけですよね。
その電流の大きさをIAとします
電圧は高さのイメージを持ってください 先ほど使った水流モデルを使うと

ページ66:

一旦今回は直列で考えてますけど
直列回路
抵抗を通ると水は1番下のところに行っちゃうわけね そしてまたポンプのところに来ると上に行
く。
電圧は高さって考え方ですからね だから、 抵抗の中でだんだん0に近くなる
最終的に0になっちゃうわけですよね
抵抗に電流が流れてるときに抵抗の中で電圧ってのは下がっていくんだという事はポンプで
送り出された1番上の水と1番下の水は徐々になっていくもんですからここで差が生まれるんで
すよ
このやつが抵抗にかかる電圧です
そして、この抵抗に係る電圧ってのと抵抗に流れる電流てのは比例関係にあるよ
そして、この比例定数的な役割を持ってるのが、Rの抵抗値 だから、 V=RIの関係式が成り立
つんだよと
だから、抵抗を電流の向きにたどっていくと電圧はVだけ下がる
RI下がるとも言い換えられますけれども ただただそれだけです。
あと、ひとつだけ
2つの抵抗を直列につないだ場合この2つの抵抗を合わせることができます そしてその2つの
抵抗を合わせて1つの抵抗とみなします。 この時の抵抗のことを合成抵抗なんて言ったりします
だから、複数の抵抗を直列に接続した場合は、 合成抵抗の抵抗値って、 それぞれの抵抗値を足
し算した結果になるよってことですね

ページ67:

200
252
大丈夫ですよね 20Ω +25Ωですから45Ωですよね
抵抗は電気の流れにくさでしょ
直列に繋いだら電気は全部の抵抗を順番に進まなくちゃいけないわけです
だから、 流れにくさがどんどんどんどん蓄積していくわけです
だから、 直列では単純に足し算していけばいいわけですよねってことです
公式で言ったら
Q1
全て足し舅
関係式 R2=RitRz
教科書とかも1個1個、 直列回路の電流とか電圧とか、計算公式とかは載ってないものの方が多
いので、多分皆さん大丈夫でしょう
不安定だなって思う方は、 一応中2物理のノートにまあまあ細かく書いてますので、お手数かけま
すが、そちらを見ていただけると助かります。
一応、 概要欄 (?) では無いですけどそれっぽいところに中2物理の解説は貼っておきます
では、これでオームの法則は終わりにします
電気とエネルギー④電気とエネルギー・直流と交流
たまたま、この章の名前とやっていく問題の名前が一致しちゃいました笑
これも中学でやってるジュールの法則ってやつなんですが

ページ68:

まず、抵抗 電熱線て考えてもらっていいですかね こいつに電流が流れると熱が発生します。
皆さん、小学校の時に多分抵抗の代わりとして豆電球を用いたと思うんですが
電気エネルギーを光エネルギーに変えてるわけですよ しかも光と同時に熱が発生している
実際に光ってるって言って、 触った方がある人はあったかいなってそういう経験あるんじゃない
しょうか
電荷が抵抗の中の障害物的なものにぶつかると、 この障害物の運動が盛んになってなっ それ
によって熱が発生するって言うプロセスなんですが
これをもうちょっと細かくすると
金属の陽イオンが自由電子の進みを妨害しちゃうんですよ そうするとこの衝突によって自由
電子が持っていた運動エネルギーが陽イオンに与えられてしまう
だから、陽イオンはぶつかった後の方が運動エネルギーもらってるってことで、激しく運動するわ
けです熱運動ですね。
実はこれが発熱の仕組みとなってます
こんな感じで、 電熱線とか、 抵抗に電流を流してあげると発生する熱がありますとこの熱には名
前がついていてジュール熱といいます
では、公式の方なんですが
抵抗R(Ω)に電圧V (v) をかけてt秒間だけ電流I (A) を流れるときに発生するジュール熱に関する
公式なんですが 下の画像のような関係をジュールの法則といいます
い
Q = Int = PRt = x²+1
こんなやつです
R
t[J]
めっちゃ難しそうかなって思うかもしれませんが
まず、最初の段階ではQ=IVt のところまで覚えてください
正直、どれでもいいんですけどその後オームの法則を使って書き換えてあげると次のやつにな
ります
そして、電流を消すために またまたオームの法則を使って変えられてます
この関係性覚えちゃえば、 残りオームの法則で変形できちゃうので
それでは次に電力量の話に入ります
その前に電力がよくわかってないといけませんね
電力... 1秒間に使う (消費する) 電気エネルギー
これも計算公式があります
P =IV
これ、つまり電力=電流×電圧
ちなみに、 電気エネルギーを消費するものを負荷なんて言ったりします
では、電力量ですね
電力量...電流がする仕事 使った電気エネルギーの総量

ページ69:

はい 電流がする仕事 はて何のことでしょうか?
教科書には大体こういう定義がなされてますが、 意味説明できますか?
私的には言葉足らずだと思ってて
仕事をするってのは、エネルギー変化分なんです
皆さんはこういうイメージを持ってください
電圧ってのは電気の世界では位置エネルギーのことだ
位置エネルギーと運動エネルギーの確認だけちょっとしておきましょう
start
1位:0
1位:5
運:5
Goal
位:4
6:6
位:9
これやりましたね
1:6
運:41
279
7
※位位置エネルギー
運運動エネルギー
位置エネルギーが小さくなると、 その変化分だけ運動エネルギーになる
力学的エネルギー保存の法則なんて言いますよね 重力の影響を受けるから位置エネルギーが
減ります その減った分、 重力が物体に対して仕事をしてくれます。
仕事をされたから、 物体の運動エネルギーが増えます。 こういうプロセスです。
電流がする仕事ってのも結構これと似てます
電流が抵抗を通る 電気が高い方から低いところに落ちていくこういうことですよね
だから、電池の正極、、、 電圧 (電気界での位置エネルギー) 高め
逆に負極、、、電圧低め
だから、電流が抵抗を流れると電圧って低くなるん
この電気の電圧が減った分、 仕事が発生する。 これが電流のする仕事なんだと。
この電流は、抵抗を形作っている陽イオンに対して仕事をします
でも、自由には動けんから、 その場で熱運動をするわけだその結果生じる熱がジュール熱
で、電流がした仕事分だけ熱運動のエネルギーが増加するから、 電力量って発生したジュール
熱と等しくなるわけです
ジュール熱公式は

ページ70:

Q = Ivt = I² Rt = 12
ですよね
で電力量の公式は
[切切]
R
2
w= Irt= I'R ==rt
R
こんなんなります
最初のスタート以外は一緒です W = どれか を1つだけ覚えてくれれば、 オームの法則を利用し
て変換することができます!
それでは次に直流と交流の話をしていこうと思います
DC(直流)
AC 交流
m
こんな感じになってます
見ていきましょう
直流... 電流の向きと大きさが一定の電流
乾電池とかそうですねちなみにDCと略してDirect Current の略です
交流... 電流の向きと大きさが周期的に変化する電流
家庭用コンセントとかがそうです ACと略されることがあります。 Alternating Current の略です。
ちなみに、これ東日本と西日本で違うんですが東日本には1秒間で50 西日本では60回電流
の向きとかが変化します
だから、これ1秒間に何回回るかっていうのをHz(ヘルツ)を用いて

ページ71:

仮に1秒間に100回であれば100Hzみたいな感じで表すわけです
こんな感じで、1秒間に電流とか、 電圧の向きが入れ替わる回数のことを周波数といいます これ
がさっきの単位のHzです!
ここまでが中学理科のおさらいです
じゃあどのように交流が発生するのかって言う話をすると
物理基礎の範囲なんてざっくりですけど 磁場の中のコイルを回転させてあげると、電磁誘導に
よって、コイルの量が端に交流の電圧が発生するよと
交流と直流を比較してあげたときに、 交流の強みは、 変圧器を用いて電圧を簡単に上げたり下
げたりできます
Ize
Ite
V₁e
Vie
PN N22
https://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/elec/yuudou/hennatu.html
こんなやつです 変圧器はもっと複雑なんですけれども。これをめっちゃ単純に表したのがそんな
やつ
鉄心て言うんですけど、このでかいのこれが磁場を中に閉じ込める役割
そして、左側のやつ一次コイルここで交流電流が流れていますよと
そうすると鉄心の中で、 磁場の変化が起こりますよね
右側の二次コイルの方で電磁誘導が起こって、ここに起電力が生じると
この起電力を誘導起電力といいますで、こういう現象のことを相互誘導といいます
そして、この一次コイルの巻き数をN, として二次コイルの巻き数をN2としましょう
そうすると、この変圧器によるものでそれぞれの電圧の比は巻き数の比で表すことができるよ
だから
一次コイルの電圧をV, 二次コイルの電圧をV2としたときに
V1:V2=N:N2の関係が成り立つんだと
だから巻き数を増やしたり減らしたりすることで、 電圧とか調節をするわけですね
電気とエネルギー⑤ 磁界 (中学理科)
皆さんは磁石ご存知ですよね
小学生の頃、 砂鉄とかいろいろやったんじゃないでしょうか?

ページ72:

その中でもよく出てくる棒磁石ってやつです
磁力磁石が物体に及ぼす力そのもの
磁石に鉄が引き寄せられたり 磁石が働かせる力みたいな感じですね
磁石同士でも磁力は発生しますよね
磁界... 磁場ともいう 磁力が及ぶ範囲のこと
磁力が届く目に見えない空間みたいな感じ
磁石に近いところは強いですね
そして、この磁界には向きが存在するんだっていうことを覚えてもらいたい
ここでどういう疑問が出てくるかって目に見えないのにどうやったらわかるんだよって話ですよ
ここで方位磁針を使います
北を指すやつみたいなね
地球は大きい磁石だって聞いたことありませんか?
地球の内部には、外核っていうものがあって 液体の鉄だからこいつの動きによって、 電流が
発生して
そうすると、地球は、巨大な磁石のような振る舞いを見せるみたいな
ここまで詳しく覚えなくていいですよ
私の記憶が結構曖昧なので合ってるか分かりませんから
でも、実際は磁石の周りの方が 磁界は強いから北は向かないんですよね、、、
磁石の周りに砂鉄をばらまいてやると 磁界がくっきり見えます
これ普通に覚えてもらいたいんですが N極→S極に向かいます
そして、方位磁針の向きみたいなのを書いてみました
N
S
こんな感じですね
これもっと方位磁針を置いてあげると細かくなります
そして磁界の向きを知るために今度は線で書いてみましょうか

ページ73:

一旦方位磁針を全部退けますね
N
S
こんな感じになってるんです
こんな感じで、磁界の向きとか強さをつないで表した線のことを磁力線といいます
間隔が狭い方が強いです
そしたら、次の話ですね
電流は磁界を作ることができる
こんな話です
電流は電子の流れですよね 電流が生まれたらその周りに磁界ができて 電気が流れると、導
線は磁石のように振る舞ってくれる
普通の導線パターンとコイルパターンが出てきます
普通の導線パターンだと 右ねじの法則が使えます
これ何かと言いますと
まず右手でグッドポーズをしますこのマークの逆です。
そこで、 親指を電流に見立ててその他の指
丸めた指の方を磁界に見立てます
これ教科書載ってるやつと載ってないやつがあるんですけれどもこれ覚えとくだけで一気に楽
になります

ページ74:

電涜
電流
&
こんな感じですね
ちなみに、電流の向きを逆にしますと 磁界の向きも逆になります。
磁界の向きを少し言いますと 導線を中心として中心が同じ縁の集まり、いわゆる同心円状って
やつです
そして今度は、導線をぐるぐる巻いたコイルってやつです(ソレノイドってやつです)
これも右ねじの法則、 part2を使っていきます
今度は、さっきの右手グッドの電流と磁界の役割が反対になるだけです
そして、コイルの電流の向きは、見分ける練習をしとけ
これだけは大事ですかね
こんな感じのやつでも
Ell
青電流
右手を使って、手前のものをつかむみたいな
鉄棒にぶら下がるときの逆みたいな感じで
そうすると親指ってやってみたらこっち側に来るのかな
それが磁界の向きになります

ページ75:

コイルの1番上を見たとき 手前から奥なのか 奥から手前なのかを発見できれば余裕です
続きまして、 フレミングの左手の法則をやっていきます
実は、電流から磁界は力を受けるんです
これがフレミングの左手の法則のやつなんですが
磁石の間にはN極からS極に磁界ができていて
そこに電流の流れる導線を置いてあげると電流の向きと磁界の向きの交わるところで導線に磁
力が働くんですね
こんなことが起こってるわけです
そしたら、なんで力が働くのかっていうことす
電流の中には電子がありますよ 電子は電気を持って移動しているわけですから 磁界の中で
動く電気に力が働く性質があるよってことです
つまりね 磁界と電流で導線が押されるみたいな感じです
ここでフレミングの左手の法則で使うのは3つの指です
人差し指と中指と親指です
人差し指、、、 磁界の向き NS
中指、、、 電流の向き +-
親指、、、 力の向き 導線が動く方向
磁界の中で、 電子が流れると磁界が、 その電子に横向きの力をかけるんです
だから、導線を流れる電子全体にも押される力が働くわけね
つまり、導線がぐいっと横に動くわけです
この3つの方向は、 全て直角に交わるから立体的に考えることがコツです
ちょっと絵を描くのが難しいのでこれはちょっと調べてみてください
モーターと電磁誘導の方を最後に話して中学理科のおさらいは終わりにしたいと思います
これが最後の内容です
モータって何かって言うと 電流が磁界から受ける力を使ってコイルとかを回転させる装置なんで
すけど
これを言っても難しいんですよ 正式な定義みたいな感じですけれどもね。
電流を流すと動く力を使ってくるくると回す装置みたいな感じです
モーターは電気を流すとコイルが押されたり、引かれたりするんですよね その力で回る仕組み
の機械みたいな感じで言います
つまり、 電気の力で回すってこと
この分野は、 フレミングの左手の法則ができていないとなかなか難しいです
整流子とブラシみたいなものがあるんですけれども
電磁石を使って 磁石で近づけたり、 遠ざけたりする電気力をうまく利用してね
くるくる回転させます
そうすると、磁石と一直線になる時が来ますよね

ページ76:

上がN下がSだとしたら
回転する方も違う極同士だったら一直線になって固まるわけですよね
引きつけ合うから、これ以上回転ができなくなっちゃうわけですよ
なので、ここで一瞬電流を止めるんです
固定されそうになるんですが実際にはずっと回り続けているんです。
コイルが真上とか真下のちょうど向きが変わる瞬間だと電流をそのまま流し続けてやったらどん
なことが起こるか
力の向きが逆になるせいでコイルが、 すぐに戻されちゃうわけです
そして、過ぎたあたりからはNとSが反対になります
せっかく回ってたのに戻ろうとする力が働くんですよね
整流子はコイルがちょうど上下に来た瞬間に電流の向きを反転させるようにできてるです
つまり、通り過ぎてね NとSを常に同じ向きに統一させるようにできるわけです
そしたらモーターは終わりにして、最後の電磁誘導の話をします
電磁誘導... 磁界が変化したときに、導線に電流が流れる現象
電磁誘導によって流れる電流のことを誘導電流と呼ぶ。
だから、磁石を近づけたり、離したりすることで磁界の強さが変化することになります
それが原因で導線の中の電子が動き出すみたいなことが起きます
電磁誘導の本質って何か
磁力と力と電流の関係です
電流の大きさってどれだけ強く 急に大きく磁界を変えたかに左右される
磁界が強いという事は、磁力が強いって言うことですよね
ちょっとふざけます
導線の中の電子たちって 磁界が変わると押されるような力を受けるんですよね
磁界が強いほどその押す力も強くなるわけだから電流が大きくなる関係が成り立ちます
電流は磁界の変化を打ち消す向きに働くいわゆるレンツの法則と言われるものです
後はコイルに検流計が繋がれていて 棒磁石をコイルに近づけると 検流計の針はどっちに触
れますかみたいな問題
だから、磁石を近づけると追い返したい 「あっち行って!」のツン状態
逆に、 磁石を遠ざけると近づけたい 「やっぱこっち来てよ、、、 」 のデレ状態になります
これ勝手に私が名前つけてるだけですからね
なので、私はこれを ツンデレ現象と呼んでます(笑)
磁石を近づけるとですね追い返したいわけですから N極が近づいてきたら反発するN極に化
けさせるんですよ

ページ77:

逆も然りです
レンツの法則より磁界を打ち消す方向に働くのだからそっち側に右ねじの法則で親指が来れば
いいんですよ
だから左ですかね
そして、磁石を遠ざけるとですね 近づけたいわけですから 引き合うS極に化させる
なので右ですね
電気とエネルギー⑥エネルギーとは
皆さんは、 前半の物理基礎も合わせたら、 力学的エネルギーとか、 熱エネルギーとか、電気エネ
ルギーとかやってきましたね
後は、他にも生物基礎の方でも出てくる光合成での光エネルギー
二酸化炭素と水とから光エネルギーを用いて有機物と酸素が生じるわけですが
その際にマックス38 ATP このATPのエネルギー形態は化学エネルギーです
後は、太陽の核融合とかの核エネルギー等などあげようとしたらキリがないですねそれぐらい
私たちの身の回りっていうのは、たくさんのエネルギーで満ち溢れてるんだと
じゃあそもそもエネルギーってなんやねんて話ですよ
といっても、目に見えないし、 直接測定することもできない 厄介ですね 私の言葉で説明すると
すると、やっぱり他のものを動かす力とかですかね
ものを動かしたり、温めたり光らせたりしてるわけですから
じゃあこのエネルギーの保存って話をしていきたいと思います
モータ
電気エネルギ
発電機
熱電対
電熱器
蛍光灯
熱機関
力学的エネルギー】
摩擦
電気分解
乾電池
動物の運動
吸熱反応
熱エネルギー
原子炉
核エネルギー
白熱電灯
太陽熱温水器
太陽
太陽電池
光合成
光エネルギー
化学エネルギー
「ホタルの光
図4 エネルギーの保存則
引用 https://notalabo.com/relation_of_energy_and_work/

ページ78:

実にいろいろなエネルギーがあるわけですが、 この画像の通り、エネルギーってのは、いろいろ
なものに変幻自在みたいな感じで 姿を変えていくわけですが
この姿を変えることをエネルギー変換なんて言ったりするんですけどね
さっき言った光合成の例は、 光エネルギーから化学エネルギーに線が伸びてますよね
でも、実際、エネルギーを変換しようがその全体の量って変わらないんですね
これをエネルギー保存則といいます エネルギー保存の法則と同じです。
エネルギー保存のことをもっとがっつり言いますとエネルギーは作られたり消滅はしない。
他のエネルギー形態に変わる事はあるけど、 そのプロセスで全体量としては変わらないと
例えば、自転車をこぐ時 ペダルを踏む力で運動エネルギーが増えますよねそうやって自転
車って進むわけですけれども 摩擦とか空気抵抗の野郎のせいで運動エネルギーって徐々に減
少していきます
それが熱エネルギーとか、音エネルギーみたいなものに変換されていく
この時の全体のエネルギーの量は変わらんよね みたいなやつです。 物理学の基本原理の1
つですね。
では、エネルギーの分類っての見ていきたいと思います
私たちは自然界にありふれているエネルギーの源からそれを使いやすい形に変換して使って
るんですね
自然界に存在する奴は、一次エネルギーそしてそれを使いやすい形に変換したものを二次エネ
ルギーといいます
例えば、石油とかありますね あれをそのままポンと使うのではなくて何らかの力学的エネル
ギーとか、 電気エネルギーみたいな形に変換してやっていくんです
車とかも熱エネルギーをエンジンを通して、 力学的エネルギーに変換したり
後はカイロは化学エネルギーを熱エネルギーに変換したりとか
力学的エネルギーで、摩擦熱を産んで熱エネルギーにして
こんな具合にエネルギーって変換しているわけなんですが、 それに関わっているすべてのエネル
ギーの全体 総量に関しては一定に保たれているんですね だからこのエネルギーが今ないよっ
て言っても
実はそれは他のやつに変わってるんだなと
変換をするたびになくなっていくんだったら、いずれは枯渇しますもんね
自然にあって、 早々なくなるエネルギーでは無いよねみたいなものを再生可能エネルギーといい
ます
例えば太陽光とか水力とかバイオマスなどなど
逆に、いずれなくなるだろう 石油とか化石燃料とか 掘って、 全部使ったらなくなりますよね
このようなエネルギーを再生可能エネルギーとは、 逆に枯渇性エネルギーといいます

ページ79:

電気とエネルギー⑦ 原子核エネルギーと放射線
先ほどのおさらいですけど、 また出てきてはいるんですけど、 新出用語として扱っていきたいと思
います
しつこいようですが、 原子の構造をもう一回やっていきます
・田陽子
原子核
中性子
十
日電子
原子は、原子核と電子から構成されてる
原子核ってのはこの真ん中にいるちょっと大きい球ですね。
そして周りを回ってるのが電子です
電子がマイナスの電荷を帯びている
一方で、この原子核の中身は陽子と中性子なんですが
その中で陽子はプラスの電荷を帯びていると
これは何回やんねんて感じですね
そして、プラスもマイナスも帯びていない中性子があると
そして、原子核と紛らわしい用語が1つあるんです
陽子・中性子みたいに、 原子核を構成するパーツみたいなものをひっくるめて核子といいます
そして、原子っていうのは原子番号ってのがありますって
原子は、原子核と電子からできていて
さらに、原子核は、 陽子と中性子からなっている
つまり、原子核はプラスなんですよ
原子の化学的な性質を決めるのは陽子ですから 陽子の数をそのまま原子番号と呼びます
そして、質量の比について見ていきます
実は、陽子を1と置いてあげると 中性子は1 そして電子だけは異様に小さくて1/1840
そして質量を考えていくときに 全部ともめちゃくちゃ小さくてイメージしにくいじゃないですか
だから、原子の重さみたいなものを実際の質量じゃなくて陽子と中性子の合計の粒子の数で表
そうっていう考えがあるんです だから質量の代わりになる数値っていうことで質量数と呼びます
電子をプラスしない理由に関しては極端に軽いからこれは無視しましょうってことになってるの
でね

ページ80:

そしたら先ほど以前作ったやつから丸パクってきたヘリウムのやつをこのように表すこととしま
しょう
"He
し
質量数(陽子+中性)
(4)
+
He
2
原子番号(陽子の数)
そして、皆さん 原子においては、
陽子の数がわからなくて、 電子の数だけがわかっている場合
実は、原子番号 = 陽子の数じゃないですか
陽子の数=電子の数ですよね
つまり、電子の数がわかっても原子番号って求めることはできます
ただ、しかし 電子の数=原子番号とは言えなくは無いけれども、基本的には言いません。
数だけで見たら
原子番号=陽子の数=電子の数 これは成り立つんですけどね
そして、もう一つ、これを公式と呼んでいいのかわからないんですけれども
質量数=陽子の数+中性子の数
そして、先程の表記法についてです
元素記号の左上に質量数を書いてあげる そして左下には原子番号を書いてあげるっていうこと
がルールになります。
次に同位体について話したいと思います
同位体 (アイソトープ)... 原子番号は同じだが、質量数の異なる原子同士
皆さんは中学生の時は水素を習ったと思うのですが
実は水素って3種類あるんですよ

ページ81:

④
d
2 H
(水草)
性子
引け
(棒)
80
(陽子42)
H (Pb & THHEL)
140
原子番
(陽子数)
(防+)
(33+4)
H
H'
1+2
陽子数
QB b 2 12
同じ水素ですけど、 質量数が違う。 つまり原子番号は一緒ですよね。 そして質量数が違うという
事は、中性子の数が異なっているって事はわかりますかね?
そしたら次は放射線に関することをやっていきます
同位体の中でも不安定で放射線を放出しながら別の原子に変化するようなやつを放射性同位体
(ラジオアイソトープ)と呼びます
イメージの話をしてみると
原子Aがあってこの原子Aが放射線を出して原子Bになりましたくらい
壊変(崩壊)
A
B
放射線
この際、 結構覚える用語があるんですが
放射線を放って原子核が他の元素の原子核に変化することを崩壊 (壊変) と呼びます
これもセットで覚えておくといい
原子核が放射線を放つ能力のことを放射能
そして、放射線を放出する物質のことを放射性物質

ページ82:

そして放射性同位体が崩壊して、 元の量の半分になる時間のことを半減期と呼びます
これに付随して、 放射能の単位ですね この放射能の強さってのが、 単位時間に崩壊する原子
核の数として表されるんですが、 単位はベクレルで表しますBgを書きますね。
実は、半減期の計算って楽勝で
例えば、質量数が14の炭素のやつを知っておけば
実際の半減期は5730年なんて言われたりするものですから
半分 = 1/2ですよね つまりさらにその半分になるのであれば、 1/4ですよね この半減期をシンプ
ルに2倍してあげればいいわけです。 5730×2 = 11460
さらに半分 1/8ですよねこれは半減期を3倍してあげれば良いわけです。
つまり、5730 × 3 = 17190年
簡単ですよね
そしたら、3種類の崩壊を見ていきますね
a崩壊... ヘリウムの原子核を放出する崩壊 α線ですね
つまりヘリウムの原子核は、基本的に陽子が2個、 中性子が2個で構成されていますので
これが一度発生すると 原子番号は2つ分減少して 質量数は4減少するんですよね
崩壊…電子を放出する β線ですね
電子は、中性子が陽子に変化した際に1つ放出されるじゃないですか だから一度発生すると、
質量数は変化なし 原子番号は1増える。
崩壊…y線を放出する つまりこれ何かって言うとα崩壊とかβ崩壊の後に出てくる余分なエネル
ギーなんです
つまり、これは質量数とか原子番号に変化とかは無いですね
ちなみに、この崩壊って言うよりかは 化学基礎では単に崩壊とか言ったりするんですが 物理
では放射性崩壊なんて言い方をしたりします。
別にどっちでも間違ってはないと思いますがこの放射性崩壊においては、 原子核に蓄えられて
いる原子力エネルギーが放射線とか熱のエネルギーに変換するからやっぱりエネルギー保存
の法則が成り立つだなと
放射線の最後として種類と用途について見ていきたいと思います
その前に、 放射線の特徴2つあるんですよこの言葉と意味をセットで覚えてください。
電離作用... 原子が持つ電子を弾き飛ばす働き→イオン化させる
透過性物質を通り抜ける性質
放射線で怖いもんなんですけれども たくさんの放射線を浴びると、この電離作用とかで体細胞
がぶっ壊される恐れがあるからです 壊死ですね。
次に放射線の種類です

ページ83:

電育作用
強
③ d線
〆線
(ヘリウム原子核
降電子線
(電子)
(電磁波)
弱
33 44 X 11
中性子新
(中村)
うすい
鉛の
紙
金属
厚い板
では確認していきましょう
α線、、、 正体は、ヘリウムの原子核 そして強い電離作用を持つけど、 透過力は弱い
β線、、、 正体は電子 電離作用も透過力の他の放射線に比べたら、中間程度
y線、、、 正体は電磁波 弱い電離作用を持って強い透過力を持つ
大体何でも言えそうですけど、極端に走るのってあんまり良くないんですよ
食べる量とかもそうですよね 健康食品だって食べ過ぎたらあんまり良くないですし。
実は放射線もたくさん浴びるのは危険ですけど 実は放射線も良い面ってあるんですよ
例えば、透過性を利用して、レントゲンを撮ったりとか 後は、 空港とかの手荷物検査とかもそう
ですね
後は、電離作用を利用して、がん細胞を破壊したり 発芽の抑制とか、品種改良とかに用いられ
たりもしますし
殺菌作用とかもありますんで
今良いところを紹介しましたけど、 ちょっと悪いところっていうか、 人体の影響ってところにで話し
ていきたいと思います

ページ84:

■放射線被ばくの早見図
人工放射線
がん治療
Gy
放射線が物や人に当たったときに、
(グレイ) どれくらいのエネルギーを吸収したかを表す単位
治療部位のみの
線量)
10Gy
不妊-
・一時的脱毛
心臓カテーテル
(皮膚線量)
1Gy
自覚症状が
現れる
1,000mSv
一眼水晶体の白濁
原子力や放射線を取り扱う作業者の
線量限度
-造血系の機能低下
自然放射線
がん死亡のリスクが線量とともに
徐々に増えることが
明らかになっている
高自然放射線地域における
100mSv
大地からの年間線量
|イラン/ラムサール
②
インド/ケララ、チェンナイ
-100mSv/5年
50mSv/年
■CT検査/1回
10mSv
胃のX線検診
/1回
PET検査/1回
ICRP勧告における
一般公衆の年間線量限度
(医療被ばくを除く)
胸のX線
集団検診/1回
歯科撮影
1人あたりの自然放射線
(年間2.4mSv) 世界平均
1mSv
1人あたりの自然放射線
0.1mSv
0.01mSv
(年間2.1mSv) 日本平均
東京 ニューヨーク(往復)
(高度による宇宙線の増加)
mSv
放射線が人に対して、 がんや遺伝性影響のリスクを
(ミリシーベルト)どれくらい与えるのかを評価するための単位
数値は有効数字などを考慮した概数です。
目盛(点線) は対数表示になっています。 目盛がひとつ上がる度に10倍となります。
(国)放射線医学総合研究所 「放射線被ばくの早見図」などを参考に作成
こちらを見てもらいたいんです https://www.kangenkon.org/houshasen/health02.html
これを元にちょっと説明するのと、後は放射線から身を守るためって言うことも説明します。 と言っ
てもみを守る方法と言うのは試験選択肢が出た場合、 大体推測できます
ちょっとグロテスクの話ですけど、 見ていただけると助かります
ほとんど用語ですけどね
物質が吸収される放射線の量のことを線量と言いまして、これを生体に対しての影響をプラスし
たものを実効線量と言いSv (シーベルト) と言う単位を用いて表します
そして、ここから本格的に人体に関することですが
生体が放射線にさらされることを被曝といいますよく漢字ミスが起こるんですが曝の字を爆発
の爆と勘違いする人が多いです
この被曝は海外から放射線を受けるタイプと、 食べ物とともに、 体の中に取り込まれたものによる
タイプがあり
前者のことを外部被曝 後者のことを内部被曝といいます

ページ85:

放射線の電離作用によって、 細胞の中のDNAとか傷ついちゃったりすると、深刻な放射線障害を
引き起こしちゃうから、出来る限り被曝は避けたほうがいい そりゃそうですよねと
では、画像の方を見てもらいたいわけですがミリシーベルトで表されてます。 0.01 のところを見
ると、歯科撮影と
だから、歯医者さんとかに行ってじゃあ歯の撮影をしましょうって言われたら 0.01ミリシーベルト
の放射線を浴びることになります
ちなみに、一人当たり1年間で自然の放射線を2.1ミリシーベルト浴びる感じです 平均してです
けれどもね。
ただ、これは日本の平均ですけれども 世界よりちょっと少ないかなって感じです 世界の平均を
調べてみたんですけど、 大体2.4ミリシーベルト位だそうです。
がんの治療とかだと1000ミリシーベルトとか治療部位だけですけれどもこう見ると、いろんな
ところで放射線を浴びてるんですね
では、放射線から身を守るための3つ
①放射線の元と人との間に遮蔽物を置いてあげる (放射線は、 遮蔽物によって減衰するので)
② 放射線の元と人との間に距離を取る (放射線の強さは、距離の2乗に反比例の関係があるた
③被曝する時間を減らす (被曝線量は被曝する時間に比例するため)
では、次に核分裂と核融合の話をしていこうと思います
核融合は地学基礎を勉強してる方は多分一度聞いたことあるかなと思います。 太陽の活動のや
つです。
これは名前の通りなんですが、 本格的に物理の方で勉強するかなと思います 物理基礎ではお
そらく用語の定義だけですので、 あんま細くはやりません。
いずれも核分裂と核融合は、 共通することとして、 原子核が安定するためにエネルギーを放出す
るものなんだと
エネルギーを放出するって事は、 反応の後では全体の質量は小さくなってます
ではやっていきます
核分裂... 原子核が分裂する反応 この核分裂を起こす性質のことを核分裂性といいます
よくある話は、ウランの原子核に中性子を飛ばして衝突させます
そうすると、クリプトンとバリウムができるんですが、 これと同時に3つの中性子が放出されます
そうすると、この3つの中性子が放出されると、 それを他の原子核に衝突していって、核分裂が連
続して発生することがあります
こんな感じで、核分裂が連続して起こる現象のことを連鎖反応といいます
そして、1つの原子核の核分裂で作られたいくつかの中性子の中で1つだけが、別の原子核の核
分裂を引き起こしてそれが一定の割合で連鎖反応続くっていうことがありまして、この状態のこ
とを臨界といいます
原子力発電とかってこれを利用してるんですが 臨界の状態が長く続くようにうまい具合に制御し
てるらしいです。
だから核エネルギーを熱エネルギーに変換してるって感じです

ページ86:

では核融合を見ていきたいと思います
核融合... いくつかの原子核が1つに合体する反応
太陽で行われているのはこれですね 自分の中で核融合反応を起こして水素の核融合なんです
けどねこんな感じで輝いてる段階の恒星を主系列星なんて言いましたよね
太陽では、4つの水素原子核から1つのヘリウム原子核を作るみたいなことをやってます。
こんな感じでめちゃくちゃ暑くてめちゃくちゃ圧力がある 高温高圧の条件のもとで起こる