化学者のための電気計測 [S2][対面]

開講年度

2026年度

開講学期

前期

科目名

化学者のための電気計測

授業種別

講義

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 化学者のための電気計測 [S2][対面]

担当教員

木村嘉伸

単位数

2.0単位

曜日時限

月曜4限

キャンパス

新宿

教室

A-0712教室

学年

3年

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

e-ラーニング等ICTを活用した自主学習支援

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

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

該当なし

その他の資格・認定プログラムとの関連

シラバス情報