Electrical Measurements for Chemist

開講年度

2026Year

開講学期

First Semester

科目名

Electrical Measurements for Chemist

授業種別

Lecture

科目名（英語）

Electrical Measurements for Chemist

授業情報(授業コード・クラス・授業形態)

A1100083 Electrical Measurements for Chemist

担当教員

null

単位数

2.0Credits

曜日時限

Mon.4Period

キャンパス

Shinjuku Campus

教室

A-0712教室

学年

3Year

学位授与の方針

1 基礎知識の修得 10 ％
2 専門分野の知識・専門技術の修得 80 ％
3 汎用的問題解決力の修得 10 ％
4 道徳的態度と社会性の修得 0 ％

具体的な到達目標

・計測技術の全体像が把握できる．・電圧，電流，抵抗，インピーダンス，信号測定の基礎が理解できる．・測定量の統計処理方法が身につき，実務的な課題に適応できる．

受講にあたっての前提条件

分析化学Ⅰ、分析化学Ⅱ、物理化学Ⅰ、物理化学Ⅱ、無機化学Ⅱ、無機化学Ⅲを履修していることが望ましい。

授業の方法とねらい

「化学者のための電気計測」では，電圧，電流などの電気量の測定から始まり，センサで物理量（温度，光など）を電気信号にし，回路と A-D 変換でデジタル化し、コンピュータで処理して意味のある情報として取り出す技術全般を学ぶ．電気計測は，電磁気学，半導体デバイス，電子回路，データ解析などの知識が融合された分野横断的科目である．本授業では，化学系学生の専門外知識に配慮した講義を行い，学生は関数電卓やPC(Excel, Python, 回路シミュレータ)を用いた演習により学びを深める．
「授業の方法」は，講義形式で行うとともに毎回授業開始時に前回のレポート課題の解説，授業後半に確認小テストを実施する．第14回にて授業内試験を実施する．
講義資料，小テストおよびレポート課題はKU-LMS上で公開する．

AL・ICT活用

Support for self-learning using ICT

第1回

授業形態

対面

事前学習

各自のPCで下記ソフトウェアのインストールおよび動作確認を行うこと．
・ Microsoft Excel が起動できることを確認する．
・ Pythonは，Google Collaboratory(Google Colab)を使う．Google アカウントでColab(https://colab.research.google.com/)にアクセスできることを確認する．
・回路シミュレータはLTSpiceを用いる．https://www.analog.com/jp/resources/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html　からインストールする

問題がある場合は，授業内もしくは授業後に質問すること．

2時間

授業内容

計測の基礎，単位と標準
・計測の重要性を理解する。
・計測の手順（PDCAサイクル）を説明できるようになる。
・電気計測の意味を理解する。
・測定手法を理解する。
・単位，標準の意味を理解する.
・物理量，単位，有効数字の表記法を覚える.
・SI基本単位を覚える。

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書① p.1-p.5，p.19-p.27 を熟読し，理解を深める．
・教科書② p.1-p.42 を通読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第2回

授業形態

対面

授業内容

測定データの統計処理
・有効数字の表現と計算（端数処理や桁落ち誤差）を行えるようになる。
・平均、分散、標準偏差についての理解を深める。
・測定値には不確かさ（ばらつきと偏り）が含まれることを理解する。
・関数電卓やExcelを使用して、統計計算ができるようになる。
・実験値は複数回の測定から得られた最終的な結果（推定値）であることを理解する。
・実験値を 𝑌 = 𝑦 ̅±Δ𝑦 ̅ と表現できるようになる。（約68%の信頼区間）

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書① p.6-p.18を熟読し，理解を深める．
・教科書② p.43-p.71を通読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第3回

授業形態

対面

授業内容

グラフと実験式
・間接測定(2つ以上の実験)の実験値のばらつき(誤差)の推定方法を理解する．
・グラフの役割を理解する．
・対数グラフの使い方を理解する．
・実験式と最小二乗法を理解する．
・Excel、Pythonを使って，グラフを作成できるようになる．

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書① p.203-p.206を熟読し，理解を深める．
・教科書② p.103-p.109を通読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第4回

授業形態

対面

授業内容

直流の測定
・電気回路の用語の意味を理解する．
・直流回路の合成抵抗，電圧，電流の計算ができるようになる．
・直流を測るしくみを理解する．（指針計電流計）
・負荷効果を理解する．
・電流や電圧の測定範囲を拡大する方法を理解する。

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書① p.28-p.31，p.33-p.37，p.60-p.77を熟読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第5回

授業形態

対面

授業内容

交流と回路素子
・交流の特徴について理解する。
・交流波形のパラメータの定義と意味を理解する．
・交流を測るしくみを理解する．（可動鉄片形，整流形，熱電形）
・ひずみ波の取り扱いを理解する．（フーリエ級数展開）
・電気回路の回路素子(抵抗，コンデンサ，コイル，ダイオード)の性質を理解する．
・オイラーの公式を理解し，複素数の計算ができるようになる．

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書① p.31-p.33，p.37-p.42 を熟読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第6回

授業形態

対面

授業内容

交流，磁気の測定
・電力と電力量の定義，意味を理解する．
・交流の電力の流れについて理解する．
・相互誘導とトランスのしくみを理解する．
・アンペールの法則，ファラデーの電磁誘導の法則を理解する．
・直流電流間に働く力のしくみを理解する．
・電場，磁場の概念を理解する．

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書① p.82-p.102を熟読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第7回

授業形態

対面

授業内容

抵抗，インピーダンスの測定
・電流計と電圧計の負荷効果を理解する．
・抵抗の測定法（間接測定，偏位法）：電圧・電流計法を理解し，電圧計，電流計の内部抵抗を考慮した測定値の評価ができるようになる．
・抵抗の測定法（直接測定，零位法）：ホイートストンブリッジ法を理解する．
・アナログテスタの仕組みを理解する．
・交流回路におけるコンデンサとコイルの役割を理解する．
・インピーダンスの物理モデルをイメージし，複素数で表す意味を理解する．
・インピーダンスの測定法（直接測定，零位法）：交流ブリッジ法を理解する．

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書① p.103-p.125，p.43-p.59，p.77-p.81，を熟読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第8回

授業形態

対面

授業内容

計測回路１（オペアンプ），ノイズ
・アナログとディジタル（デジタル）の特徴の違いを理解する
・ディジタル計測の全体像をイメージできるようになる．
・増幅回路の役割を理解する．
・増幅に関連した用語（増幅率，利得，SN比，デシベル）を理解する．
・オペアンプ（演算増幅器）の機能を理解する．
・回路シミュレータ（LTspice）を使ってみる．

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・教科書① p.149-p.153，p.173-p.178を熟読し，理解を深める．
・レポート課題に取り組む．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第9回

授業形態

対面

授業内容

ディジタル量と表示
・オペアンプを用いて，各種計測回路の計算ができるようになる．
・A-D変換で重要なサンプル＆ホールド回路を理解する．
・10進数と２進数（16進数）の変換を理解できるようになる．
・関数電卓で，n進計算モードが使えるようになる．
・ビット(bit)，バイト(byte)の定義を覚える．
・A-D変換器の分解能（分割数）と量子化誤差を理解する．
・２進数で負の数を表現できるようになる．

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・教科書① p.154-p.158を熟読し，理解を深める．
・レポート課題に取り組む．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第10回

授業形態

対面

授業内容

計測回路2（A-D, D-A 変換器）
・A-D変換器（A-Dコンバータ）のしくみを理解する．
・D-A変換器（D-Aコンバータ）のしくみを理解する．
・ディジタル計器の確度(精度)について理解する．

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書① p.154-p.165を熟読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第11回

授業形態

対面

授業内容

センサを用いた様々な物理量の測定
・センサは，さまざまな物理量（光，温度など）を電気信号（電圧，電流，抵抗）に置き換える素子や装置であることを理解する．
・半導体の物性の基礎を学ぶ．
・センサの出力信号に応じた計測回路（A-D変換器の入力に適したアナログ電圧に変換する回路）について理解する．
・電気計測と化学の関わりについて触れる．

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書① p.126-p.136を熟読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第12回

授業形態

対面

授業内容

電気信号の観測
・オシロスコープの仕組み，プローブの役割を理解する．
・サンプリング定理を理解する．
・観測信号は，複数の周波数成分の集合であることを理解する．
・フーリエ変換は，観測信号を三角関数（正弦波，余弦波）分解して，時間(空間)領域から周波数(波数)領域への変換であることを理解する．
・直交関数系を理解し，フーリエ係数を計算できるようになる．

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書① p.166-p.182を熟読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第13回

授業形態

対面

授業内容

測定データの整理と分析
・電気計測の全体を俯瞰する．
・問題解決のプロセスを考える．
・データの整理と分析の手順を学ぶ
・報告書のまとめ方を学ぶ

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

4時間

第14回

授業形態

対面

授業内容

まとめと学習成果の確認（授業内試験）

事後学習・事前学習

授業を振り返り，ノートを整理する．

4時間

第15回

授業形態

遠隔（オンデマンド）

授業内容

授業内容の振り返り
電気計測のための数学，物理

事後学習

レポート課題に取り組む．判らない箇所を質問する．

2時間

成績評価の方法

評価は，出席（20%）（授業内小テストで代替）とレポート(40%)（KU-LMSの「レポート」機能を使って，手書きノートを撮影したファイルもしくは，word, pdf形式などの文章ファイルを提出）および第14回の授業内試験(40%)
再提出したレポートも評価対象する．

受講生へのフィードバック方法

授業内でレポート課題，および小テストの結果についてフィードバックする．
レポートで間違えた箇所は，各自修正して再提出する．
理解できない場合は，授業後またはKU-LMSで質問すること．

教科書

① 鈴木剛・山岸航平 : 電気電子計測，講談社 (2025)
② 化学同人編集部編，実験データを正しく扱うために，化学同 (2007)

参考書

指定参考書なし

オフィスアワー

授業後または，KU-LMSで質問を受け付ける．

受講生へのメッセージ

実務家担当科目

Applicable

実務経験の内容

半導体デバイス，半導体薄膜，半導体計測装置および鉄道電気品（パワーエレクトロニクス）の信頼性に関する研究開発の経験がある教員が、物性評価，解析技術を活かし、電気計測について講義する．

教職課程認定該当学科

Not applicable

その他の資格・認定プログラムとの関連

Syllabus data