1. 気体、液体、固体の絶縁破壊現象を説明できる。B①②
2. プラズマの生成と、プラズマの振舞いを説明できる。B①②、SB①
3. 高電圧の発生法と計測法を説明できる。B①②、SB①
4. 高電圧発生回路を製作できる。B①②、SB①②
概要:
電子部品の絶縁膜の絶縁破壊から雷まで、高電圧・強電界による絶縁破壊現象であり、様々な事故の原因となる。一方、絶縁破壊現象で生じる放電プラズマは、半導体デバイスの製造、廃棄物処理、照明などの光源にも利用される。事故の回避、プラズマの利用のために、絶縁破壊現象・プラズマ・高電圧計測等について学ぶ。
授業の進め方・方法:
気体の性質、荷電粒子の振舞いからはじめ、気体、液体、固体の絶縁破壊現象、その結果生じるプラズマの特徴について学ぶ。さらに、高電圧発生方法や計測方について学ぶ。
注意点:
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
感電事故 |
感電事故の原因・現象を理解し、事故防止の意識を高める。
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2週 |
気体の性質 |
気体の密度と圧力の関係を理解する。
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3週 |
気体の性質 |
マックスウェルの速度分布、熱速度等を理解する。
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4週 |
荷電粒子の振舞い |
電子と正イオンそれぞれの衝突断面積、平均自由行程、平均衝突頻度などを理解する。
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5週 |
荷電粒子の振舞い |
励起、電離、再結合、付着などの現象から、絶縁破壊しやすい状況までを理解する。
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6週 |
荷電粒子の振舞い |
移動度、拡散など荷電粒子の挙動を理解する。
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7週 |
気体の絶縁破壊現象 |
宇宙線などと初期電子発生の関係、タウンゼント放電を理解する。
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8週 |
中間試験 |
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2ndQ |
9週 |
答案返却、解説 |
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10週 |
気体の絶縁破壊現象 |
パッシェンの法則を理解し、圧力と絶縁破壊電圧の関係を理解する。
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11週 |
気体の絶縁破壊現象 |
ストリーマ放電を理解し、高圧、長ギャップの条件での放電現象を理解する。
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12週 |
気体の絶縁破壊現象 |
コロナ放電、雷放電など身近な放電現象を理解する。
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13週 |
液体、固体、真空の絶縁破壊現象 |
液体、固体に特有の絶縁破壊現象を理解し、実際の高電圧機器の絶縁対策を知る。
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14週 |
液体、固体、真空の絶縁破壊現象 |
異なる誘電体からなる複合系の絶縁破壊現象を理解する。放電による誘電体へのダメージを理解する。
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15週 |
期末試験 |
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16週 |
答案返却、解説 |
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後期 |
3rdQ |
1週 |
プラズマの性質と生成 |
プラズマは物質の第4態であること、準中性などプラズマの特徴を理解する。
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2週 |
プラズマのミクロ的取扱 |
電磁界と荷電粒子の相互作用を理解する。
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3週 |
プラズマのミクロ的取扱 |
電磁界と荷電粒子の相互作用を理解する。
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4週 |
プラズマのマクロ的取扱 |
プラズマの流体方程式を理解する。
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5週 |
放電プラズマの生成 |
直流・高周波・マイクロ波・バリア放電など様々な放電方式を理解する。
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6週 |
放電プラズマの生成 |
直流・高周波・マイクロ波・バリア放電など様々な放電方式を理解する。
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7週 |
高電圧発生回路 |
直流・交流・パルス高電圧回路を理解する。倍電圧発生回路を理解する。
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8週 |
中間試験 |
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4thQ |
9週 |
答案返却、解説 |
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10週 |
パルスパワー発生装置 |
容量性・誘導性エネルギー蓄積方式のパルスパワー発生装置の原理と特徴を理解する。
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11週 |
パルスパワー発生装置 |
RLC回路の放電特性を理解する。
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12週 |
高電圧発生回路の測定 |
ダイオードを利用した直流高電圧回路、RLC放電回路を製作し、各部の電圧を測定し、高電圧回路の理解を深める。
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13週 |
パルス伝送線路 |
分布定数回路、負荷との整合など、高周波の信号の取扱いを理解する。
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14週 |
高電圧計測 |
各種の高電圧計測法を理解する。
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15週 |
定期試験 |
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16週 |
答案返却、解説 |
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分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 電気回路 | 電荷と電流、電圧を説明できる。 | 4 | |
オームの法則を説明し、電流・電圧・抵抗の計算ができる。 | 4 | |
合成抵抗や分圧・分流の考え方を用いて、直流回路の計算ができる。 | 4 | |
ブリッジ回路を計算し、平衡条件を求められる。 | 4 | |
電力量と電力を説明し、これらを計算できる。 | 4 | |
正弦波交流の特徴を説明し、周波数や位相などを計算できる。 | 4 | |
平均値と実効値を説明し、これらを計算できる。 | 4 | |
R、L、C素子における正弦波電圧と電流の関係を説明できる。 | 4 | |
瞬時値を用いて、交流回路の計算ができる。 | 4 | |
インピーダンスとアドミタンスを説明し、これらを計算できる。 | 4 | |
直列共振回路と並列共振回路の計算ができる。 | 4 | 後7 |
理想変成器を説明できる。 | 4 | 後7 |
RL直列回路やRC直列回路等の単エネルギー回路の直流応答を計算し、過渡応答の特徴を説明できる。 | 4 | 後11 |
RLC直列回路等の複エネルギー回路の直流応答を計算し、過渡応答の特徴を説明できる。 | 4 | 後11 |
電磁気 | 電荷及びクーロンの法則を説明でき、点電荷に働く力等を計算できる。 | 4 | 後3 |
電界、電位、電気力線、電束を説明でき、これらを用いた計算ができる。 | 4 | 前12 |
ガウスの法則を説明でき、電界の計算に用いることができる。 | 4 | 前12 |
導体の性質を説明でき、導体表面の電荷密度や電界などを計算できる。 | 4 | |
誘電体と分極及び電束密度を説明できる。 | 4 | 前14 |
静電容量を説明でき、平行平板コンデンサ等の静電容量を計算できる。 | 4 | 後10 |
コンデンサの直列接続、並列接続を説明し、その合成静電容量を計算できる。 | 4 | |
静電エネルギーを説明できる。 | 4 | 後10 |
電流が作る磁界をビオ・サバールの法則を用いて計算できる。 | 4 | |
電流が作る磁界をアンペールの法則を用いて計算できる。 | 4 | |
磁界中の電流に作用する力を説明できる。 | 4 | |
ローレンツ力を説明できる。 | 4 | |
磁気エネルギーを説明できる。 | 4 | |
電子回路 | ダイオードの特徴を説明できる。 | 4 | 後7 |
電子工学 | 電子の電荷量や質量などの基本性質を説明できる。 | 4 | 後3 |
エレクトロンボルトの定義を説明し、単位換算等の計算ができる。 | 4 | 前7 |
原子の構造を説明できる。 | 3 | 前5 |
計測 | 倍率器・分流器を用いた電圧・電流の測定範囲の拡大手法について説明できる。 | 4 | 後14 |