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自然科学のなじみのない分野へ参入する足掛かり 高校理科の資料集がおすすめ

製造業で研究者をやっていると、思いもしない仕事をすることがある。大学・大学院で学んだこと、入社以来の専門とは異なった分野の業務に携わることになったとき、なじみのない分野で最低限の科学的知識を吸収する必要に迫られる。
土地勘もない分野では、どの本で勉強すればよいかもわからない。わかりやすい入門書はどのようにして手に入れるのが良いだろうか。
幸いなことに、自然科学の分野では高校生が使う理科の資料集が安価に手に入る。そのうえ分かりやすい。

フォトサイエンス (数研出版) 物理 化学 生物 地学
サイエンスビュー (実教出版) 化学 生物

高校生が卒業までに学ぶ程度の知識や概念すら持っていないと、専門家に質問することすらできない。高校の理科の教科書程度の知識はあるというなら、大学の初年次教育から学部教育向けに使われている教科書を読んでみよう。学びたい分野でどのような本を読むのが適切かを知るには、ある程度大きな大学の生協書籍部を訪れて、教科書コーナーをめぐるのが効率的だ。

たとえば、生物の知識が義務教育レベルの人が、ミトコンドリアって何?というような人が、生命科学系のことを学ぼうと思ったときに、間違ってもTHE CELLを手にとってはならない。時間の無駄だ。高校生物の資料集や、せめて大学教養教育の教科書を読む方が、学習者のためになる。

ところで、今の時代はネットで調べれば何でもわかるという人がいるが、この見方は間違っている。ネットで検索するには適切なキーワードを思いつく必要があるが、それには知識や概念が身についている必要がある。また、20年前ならいざ知らず、近年では広告目的で間違った内容を平気で書き連ねている上に検索上位に並ぶページが多い。現代のネット上では、正しい情報を見つけるだけで一苦労。それよりも、書店に1,000円払って本を買った方が楽だ。

高速道路の設計、工事

新東名

伊勢原JCT
東名上りから新東名上りのランプで、盛土の代わりに発泡スチロールが使われている。EPS工法というらしい。土よりも1/100程度の重量で、圧縮に耐える力は土と同じくらい。日本では1985年から使われている。2009年の地震で生じた東名高速の崩落個所を復旧するのにも使われている

発泡スチロールを使っている

松田町 中津川橋の設計

拡幅事例

中央道 トラス橋の3車線化

新東名 静岡区間で当初暫定2車線で着工、途中から3車線で施工して完成

新名神 将来の3車線化を見据えて設計、施工

外環道

大泉JCT-東名JCT シールドマシン発進 2019/1/26 新倉PAまで外環道の中央分離帯にベルトコンベアを設置して土砂を搬出(仮置き場は荒川の近く)。東名側は東名高速脇に仮置き場を設置。
ほぼ全線の16.2 kmに、上り線と下り線の2本のトンネルを掘削する。外径16 mのシールドマシンがトンネル両側から合計4台で掘削し、井の頭通のあたりで吻合する。全線片側3車線。
大深度地下には始点から1,400 m地点で到達する。掘削スピードは最大500 m/月になる。
この区間の建設費用は1兆6千億円。

外環道の東名高速から湾岸線にかけての区間は計画が具体化されていないが、おそらく第三京浜とJCTを形成して、川崎縦貫道と統合して大師JCTで首都高に接続する計画になると予想している。

三遠南信道

天竜峡大橋 景観に配慮して薄型、照明の壁面埋め込みなどを実施

建設後にルートから外れた草木トンネル

電池性能の指標 面抵抗

騒がれている割に市場に出てこない全固体電池。ブレイクスルーっぽさを感じるニュースが定期的に出てくるけれど、その発見にはどのような価値があるのか。

最近、次のようなニュースが流れてきた。いわく、電極と固体電解質の界面で大きな抵抗が生じるのが問題だったが、界面抵抗を低減する方法を見つけたという。

東京工業大学物質理工学院の一杉太郎教授、日本工業大学の白木將教授および、産業技術総合研究所(産総研)物質計測標準研究部門の白澤徹郎主任研究員らによる研究グループは2018年11月、界面抵抗が極めて小さい高性能な全固体電池を実現するためには、界面における原子配列が、規則的であることがポイントになることを発見したと発表した。


全固体電池、界面の規則的原子配列が高性能の鍵
eetims 2018年11月27日

ここで見慣れない単位を見かけた。界面抵抗Ωcm2である。調べてみつと、界面での電位降下[V]を電流密度 [A/cm2]で割った単位だった。中学校の理科で勉強する電気抵抗Ωは、回路の大きさを考えていない。実際には、回路の電線が太くすれば電気抵抗は小さくなる。これは単位面積あたりに流れる電流が小さくなるためと考えればよい。すると、材料として電気を通しやすいか否かは電流が流れる面積を揃えてあげないと、公平な比較ができない。このため、単位面積で比較する界面抵抗という単位が用いられる。

界面抵抗を使った簡単な計算をしてみよう。たとえば、以下のような問題を考えてみる。

急速充電時の発熱を見積もるには、電極面積の値が必要である。接触抵抗率[Ω cm2] = 電圧 [V] / 電流密度 [A/cm2]をもとに、日産リーフの電池をモデルに考えてみよう。まず電池パックが2並列であることから、CHAdeMO規格50 kWの充電電流120 [A]は2並列に分かれるのでひとつのセル、電極には60 [A]が流れる。
電極面積はシート形状(261 mm×216 mm)からおよそ500 [cm2]と見積もれるので、電流密度は0.12 [A/cm2]と求まる。
接触抵抗率 5.5 [Ω cm2 = V / (A /cm2)] であれば、界面の電圧が0.66 [V]になるので、界面全体での消費電力は60 [A] * 0.66 [V] ~ 約40 [W]になる。ちなみに、40 [W]というと、オフィスの直管型蛍光灯1本の消費電力と同程度である。

ところで、60 [A]での充電というのは、どれほど電池にとって厳しいことをしているのだろうか。電池容量が1 [Ah]のものと1000 [Ah]のものがあったら、同じ60 [A]という電流値であっても電池にとってのキツさは異なる。そこで、所定の時間で完全に充放電できる電流値を比較の物差しにする。先ほどと同じく2018年現在のリーフの電池をモデルに考えてみよう。定格容量56.3 [Ah]なので、60 [A]なら約1時間で充放電される。1時間で完全に充放電される電流値が1Cといわれる値であり、電池容量に電流の大きさとしては普通の値である。この2倍、3倍、5倍、10倍というような電流値になると、電池にとって厳しいハイレート充電・放電という言われ方をする。

電池パック全体では300 [A]のような大電流で充電したとしても、並列回路で電流を分けたり、広い面積の電極をつかったりすれば、それほど高い電流密度になるわけではない。一方で、電池の大きさはできる限り小さくしたいという要望があるので、このバランスとして車載電池のスペックが決定される。

2018年11月

11月の走行距離は1270 kmでした。

電費は7.3 km/kWhで10月から0.3 km/kWh低下しました。暖房の使用頻度が上がって、消費電力が大きくなっています。

月額2,160円のZESP2に対して、ガソリン149 円/Lとして燃費87.5 km/Lと同等です。

急速充電 14回、普通充電は2回、急速充電1回あたりの走行距離は91 kmでした。