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こちらの記事で紹介したマイケル･ファラッド－の講演録「ロウソクの科学」ですが、そこで私は
実はこの本、ファラデーの口上はもれなく記録してるのですが実験に際して何が起こっているかの記述は本当に必要最小限のト書きしかないのです。（中略）前提としての知識のない子供にとってはいささかハードルが高いのではないでしょうか。
と書きました。
同じようなことを考えた人はいるようで、実際にハードルを下げよう、というのがこちらの本
原作：ファラデー、文： 平野累次／冒険企画局、絵： 上地 優歩
「ロウソクの科学 世界一の先生が教える超おもしろい理科」
というわけです。
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ゲイ＝リュサックの名前は皆さん化学の授業で聞いたことがあるのでは。私は「姓はリュサック、名はゲイ」なのかと思っていたのですがゲイ＝リュサックで姓なんですね。名はジョセフ、ミドルネームがルイでジョセフ・ルイ・ゲイ＝リュサックがフルネームだそうです。
さて、このゲイ＝リュサックの名前が有名なのは「ゲイ＝リュサックの法則」があるから。気体同士が反応して別の気体ができるとき、それぞれの気体の体積（同じ温度と圧力で測定します）が簡単な整数比になる、という法則です。「簡単な整数比って何だよ」と思いますが、それが何なのか、の探求が分子という概念の誕生のきっかけなのですね。
なんでいきなりゲイ＝リュサックの話を始めたか、ですが、実は前々回から紹介している「ロウソクの科学」に彼の名前がでているのです。ただしゲイ＝リュサックの法則とはあまり関係のないステアリン酸の発見者として触れられています。
ステアリン酸はカルボン酸の一種で炭素数が18、本来ならオクタデカン酸と呼ぶべき物質です。常温では固体。比較的低い温度で溶け（融点 69.9℃）て可燃性なのでロウソクの原料として用いられる。それで「ロウソクの科学」に出てくるわけです。
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「人間は一人当たりどのくらいの二酸化炭素を排出しているか？」については人間一人当たりの消費カロリーから（その１）、人間の呼吸速度から（その２）と複数の方法で求めまています。おっと、排出量と言っても化石燃料起源ではなく、生物としての人間が呼吸によって発生している二酸化炭素の量のことです。で、その値は年間 0.27 ～ 0.33 トンでした。
さて、前回の記事で紹介した（写真の）マイケル ファラデーの著書「ロウソクの科学」に以下のような記述を見つけました。
ひとりのおとなは二十四時間に、七オンス（一オンス＝約二八・三五グラム）だけの炭素を二酸化炭素に変えます。（角川文庫版 「ロウソクの科学」三石巌訳 186ページ）
明示されてはいませんが、これはおそらく呼吸速度から計算したものでしょう。
ということで、この情報を元に「人間は一人当たりどのくらいの二酸化炭素を排出しているか？」を計算してみましょう。
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「ロウソクの科学」は子供たちに科学への、というか化学への興味をもってもらうためにファラデー（あの、マイケル・ファラデーです）がおこなった実験つき講義を記録した本です。具体的には「１８６１年のクリスマス休暇に、ロンドンの王立研究所で催された連続６回の公演の記録である」と本書（角川文庫版）の「解説」（訳者、三石巌氏による）に記されています。
内容はタイトル通り、まずは１本のロウソクからスタートします。ロウソクが燃えるときに起こっている現象の細かい観察からスタートして燃焼という現象・化学反応についての説明に進みます。ロウが蒸発して可燃性のガスとなること、しかし燃焼するためには支燃性のガス、つまり酸素が必要なこと。酸素を含まない空気では炎が消えてしまうことを実験的に示してゆきます。またロウソクから生じるすすに注目して炭素の存在を示し、それが酸素と反応すること、反応して二酸化炭素を生じること。生物（ここではファラデー自身）の呼気には二酸化炭素が含まれていることなども示されます。カリウム金属を使った水素の発生、水素の燃焼から水が生じることなどいろいろな化学反応の実験を手品のように面白く見せてゆくのです。
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コロナウイルス感染対策のために本格的にオンライン授業が普及した2020年ですが、この影響で Google Meet や Zoom などのWEB会議システムに親しむようになった人も多いのではないでしょうか。かく言う私もその1人。Zoomを使うことが増えていろいろな機能を見ているうちに「画面共有」と「録画」を組み合わせるとデスクトップでの作業をそのまま録画できる、ということに気がつきました。
授業や学生実験などでちょっとしたPCでの作業をやってもらおう、というとき口頭で説明するのはなかなか難しい。プロジェクター越しにやって見せても学生さんはなかなかついてこれません。結局部屋中をまわって1人1人に指導することになります。
ここはマニュアルを作って、と思うのですが今度は作業をするごとにスクリーンショットを取って保存、という作業が結構面倒でなかなか手が出ません。
でもWEB会議システムを使い、デスクトップを「画面共有」して「録画」する。その際、解説を口頭で入れればもう完璧。ということで、以下の様に動画を作ってみました。
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異例づくしの2020年、という毎回同じような書き出しになってしまうのですが、今回も新型コロナウイルス感染症の蔓延防止に関係した、というかきっかけになった話題です。
本学で毎年行っているオープンキャンパスですが、今年はオンラインでの開催となり「バーチャルオープンキャンパスDAY」と銘打って実施されています。次の開催は12月６日の予定で、それに向けていろいろな準備を進めています。その一つが動画の撮影です。
以下は本学科の高橋昌男学科長による「工学部応用化学科 コロナ禍そしてこれからの新しい授業形態について」という動画なのですが、話をしている高橋学科長の後ろでいろいろ画像が切り替わる様になっています。これは動画をグリーンバックで撮影し、その後で画像を合成したのだそうです。
広報で、これは良いやり方だ、ということになったのでしょう。今度は応用化学科全教員の分を取りましょう、ということになりました。ということで私も動画を撮影されることに。
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9月の終わりにスタートした2020年度後期の授業は本日（11月20日）で金曜日の授業が第7回まで終了、来週から第8回に入ります。実は一部の授業、具体的には火曜日から木曜日の授業は一足先に先週で7回を終了しています。月曜日と金曜日の授業は学園祭（結局本年度は開催できませんでしたが）のために1週おくれとなってる、そのせいで本日やっと全ての授業で第7回が終了となるのです。
さて、一学期の授業は14回、それにテストを加えると15回ですから後期の授業は今週で半分が終了、そして来週から後期の後半が始まる分けです。2020年度ももう大詰め、ということでしょうか。（少々気が早いですか？）
本学工学部は一部にクォーター制を取り入れた変則的な制度（私は「ハーフ・アンド・ダブルクォーター制」と呼んでいます。）をとっているので前期の折り返し点では本当に学期（前期前半＝１期と呼びます）が終了するのですが、後期の折り返し点は別に区切りがあるわけではありません。ただ、私個人は本学工学部の別学科の授業を手伝っているので、ああっ、後期も半分おわったんだなぁ、と感じています。
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労働安全衛生法は事業者が労働者に対する医師による健康診断を定期的に、通常は1年ごとに、実施することを規定しています。東京工科大学も事業者、そして労働者は教職員ですから、教職員の健康診断が年に一回ある、ということになります。学生向けの健康診断は年度替わりの春、そして教職員の健康診断は秋、と決まっているらしく、毎年今ぐらいの季節に健康診断が行われます。
今年度はコロナウイルスの感染拡大の影響で健康診断もオンラインで…というはさすがに無理なので例年通りの健康診断が。ただし、順番待ちの椅子のならびがソーシャルディスタンスを考慮したものになっていたり、問診の際にお医者さんと面と向かわないで話す配置になっていたり、と感染症対策と思しき変更点がそこここに見受けられたのも事実です。（いらすとやさんも「問診のイラスト」を修正しないと。）
実は私はこの健康診断が結構苦手なのです。大人げないのは重々承知なのですが、高校生や大学生の皆さんが受けている健康診断と私たち中高年の受けている健康診断には決定的な違いがあります。よく「バリウム」と呼ばれている胃部X線検査です。（この「バリウム」という呼び名もどうなんだか、という話は以前こちらで書きました。我々が飲まされているのは「硫酸バリウム」でそれ以外の普通の「バリウム」化合物って毒性なんですよ。）
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応用化学科の1年生の学生実験は「工学基礎実験」という名称です。工学部共通の命名なので応用化学では正確には「工学基礎実験(C)」。前期はⅠなので今学期、後期の1年生の学生実験は「工学基礎実験Ⅱ(C)」となります。
さて、後期も始まって８週間。半分弱の実験が終了したので表題の「レポート発表会」を開きました。提出されたレポートを教員がみて、これは、と思えるレポートを書いた学生さんに発表を依頼。それに加えて教員からの講評を行う、という会です。
昨年までは普通に教室で行っていたのですが、今回は「対面ただし遠隔受講可」という授業形態になりました。レポートを発表してくれる学生さんの中にもネットワークの向こうから参加する人が多かったですね。
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大気中の二酸化炭素濃度が 400 ppm を超えたというニュースを聞いたのは、はていつ頃のことだったろうか。そう思って調べてみるともう5年以上も前なんですね。月日の経つのの何と早いことかと思います。それはさておき、このデータを使うと大気中の炭素の量が計算できるな、と思いつきました。今回はその計算をやってみましょう。
さて、先日「大気の量はどのくらい？」という記事で大気圧と重力加速度、それに地球の表面積から大気の質量を 5.27×1018 kg と見積もりました。大気の全量がわかったので400ppmという数字を使って二酸化炭素の量を出せばよい。ppmは「100万分の１」ですから…ちょっとまって、ppmは体積分率で重量分率ではないですよね。
体積比ですから要するにモル比で計算すれば良いわけです。空気の平均分子量を29として、炭素の原子量は12ですから、29で割って、100万分の400倍にして、さらに12をかければ良いでしょう。
結果は 8.67×1015 kg ( = 866 Pg ) となりました。
さて、IPCCの第5次報告書にある炭素循環の表と比べてみましょう。 大気中の炭素の質量は産業革命前は 589 Pg とされていて、これが人間の活動によって240 Pg ほど増加したとされています。 589+240で 829 Pg。あれ、計算の結果より結構小さいのですが…。
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我々応用化学科が所属する工学部の大学院は「工学研究科」ではなく、「サステイナブル工学研究科」という名称です。サステイナブル工学の確立を目指す、という方針を明白に示した訳です。
さて、その大学院の授業のなかで私は「サステイナブル工学概論」という授業を受けもっています。
と、ここまでは実は先日の記事の焼き直しです。そのときは SDGs とサステイナブル工学の関係について学生諸君の考えを紹介したのですが、今回のお題は「サステイナブル社会」ではどんなエネルギーが使われているか、という問いかけです。
まず、一番多かったのは太陽光発電を中心とした再生可能エネルギーです。こちらの記事で触れたように現在の普及率がまだまだ低くて「全一次エネルギーに対して再生可能エネルギーの占める割合はまだ3.6%に過ぎ」ないことは授業でも触れているのですが、将来の、という前提で考えれば強い期待が持たれていることが分かりました。
とは言え、小規模なエネルギー源で地産地消的な供給体制をイメージする人もいる一方で、大規模な太陽発電プラントを作って超伝導ケーブルや化学物質の可逆な反応を利用してエネルギーを世界中に送る、というグローバルなイメージを持つ人もいます。具体的な一つの決まったイメージはないようです。太陽発電衛星など、壮大なイメージを挙げた人も一定の割合でいましたね。
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以前の記事で「拡散方程式」について紹介しました。その最後に拡散方程式の形が「拡散現象では時間がたつにつれて濃度分布は消えてゆき、最後は均一に」なる、という現象に対応していると述べたのですが、今回はその点について説明をしましょう。
まず、拡散方程式の解を求めてみましょう。境界条件や初期条件は不問として、とりあえず一つでいいので（常に定数、以外の）解を求めることを目標とします。この場合用いられるのは変数分離法と呼ばれるテクニック。拡散方程式の解が時間だけの関数（T）と位置だけの関数（X）の積であらわされると「仮定」するのです。「どうしてそんなことがわかるのか」という疑問はさておいて、まずはその仮定のもとで議論を進めてみましょう。
はい、上の囲みのような式変形ができました。この式をみると左辺は時間の関数、というか時間のみの関数。右辺は位置 x のみの関数で、両者が等号で結ばれています。時間のみの関数であり同時に位置のみの関数である、となればその条件を満たすのは定数しかありません。
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11月11日「サステイナブル工学プロジェクト演習」中間発表会が開催されました。これは本学工学部の3年生によるグループワークでの発表会です。この「サステイナブル工学プロジェクト演習」の特徴は3学科合同の授業である、という点です。この中間発表に向けた取組では異なる学科の学生が集まってグループをつくることが特徴になっています。
発表内容はいろいろな工業製品について、そのライフサイクル全体での環境負荷をどのようにして小さくするか、その方法を提案する、というものです。今回は環境ラベル「エコリーフ」に登録されている工業製品を対象とし、公表されている環境情報データを元に、具体的な改善提案を行い、その効果を評価しました。
改善提案としていろいろなアイデアを出すことはできても、その効果を評価することは一般的には難しいものです。本学工学部で1年のときから行ってきた「サステイナブル工学」に関する授業で学修したLCA（ライフサイクルアセスメント）の知識を応用することで、はじめて評価を含めた提案が可能になるのです。
さて、ではその発表の様子をみていただきましょう。
えっ、こんなに人が密集していて、それにマスクもしていないようですが...。
はい、実はこの写真は昨年2019のものなのです。
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前回は揚水発電の原理について、前々回は「水主火従」という四文字熟語に絡めてベースロード電源とピークロード電源の話を紹介しました。
今回のお題は実際に揚水発電がどの程度用いられているのか、です。前々回、1960年代以前の日本の電力が「水主火従」だったことを
水力発電でベースロード電源を賄い、火力発電でピークロード電源を補う
という電源構成だと解釈するという前提で、その後の電源構成は「火主水従」というよりは、どちらかというと「火主火従」、つまり
ベースロード電源もピークロード電源も火力発電で賄う
というものだと指摘しました。では、（下の写真のような）揚水発電所が建設された現在は本当の意味で「火主水従」となっているのでしょうか？
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今回は昨日の記事の末尾で触れた「揚水発電」について少し説明しておきましょう。
揚水発電は、はて水力発電とよんで良いのでしょうか。とはいえ、その設備は水力発電所そのものです。ただ、普通の発電所は上にダム、下に川があって、ダムの水が川に流れ落ちる際に位置エネルギーを電気エネルギーに変換します。ところが、揚水発電所では発電所の上にも下にもダムがあるのです。
上のダム（上部ダム、上池などと呼ばれます）の水を下のダム（下部ダム、下池）に流して位置エネルギーを電気エネルギーに変換するところも同じです。でも、普通に考えると上部ダムの水がなくなったら発電はおしまい。また次の雨を待つのでしょうか。
そこが揚水発電の違うところ。揚水発電所には下池の水をくみ上げて上池に戻すという機能があるのです。しかもその原動力は電気。要するに発電機を逆回転させて水に位置エネルギーを与えるのです。
一体何の意味が…。水をくみ上げては落とすという無限の苦役、これは現代文明に対する神の懲罰をギリシャ神話を模して表現した現代アートなのでしょうか。
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私が中学生のころ、授業で日本の発電のエネルギー源について
昔は「水主火従」だったが今は「火主水従」である
と習ったものです。
「水主火従」とは「水力発電が主で火力発電が従」という言葉の省略形です。主と従は、まずは発電量の大小のことだと思ってよいでしょうが、別の意味もあります。水力発電は川などの水位の差を利用して発電する方式。「ゆく川の流れは絶え」ないので水力発電は常にほぼ同じ電力を発生させることになります。その一方で火力発電は人間が供給する化石燃料が動力源なのですから出力の制御ができます。その意味では「主」は昼夜を問わず同じ電力量を供給するための電源、いわゆるベースロード電源であり「従」は変動分、ピークロードに対応する電源という意味合いだということもできるでしょう。
単純に量という解釈だと1960年代には「水主火従」は「火主水従」に切り替わりました。これは別に水力発電が減ったわけではありません。電力に対するニーズがどんどん高まっていったため水力発電所をつくるための候補地が尽きてしまい、火力発電所を増設するしかなかったのです。
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あなたが化学系の学生だったとしたら「波動方程式」について聞いたことがあるでしょう。では拡散方程式はどうでしょうか？私は化学系というよりも化学工学系の人間なので波動方程式よりも拡散方程式の方になじみがあります。今回は拡散方程式について紹介しましょう。
拡散方程式は拡散、つまり濃度の高いところから濃度の低いところに物質が移動するという現象、に関連した方程式です。とはいえ、拡散以外の現象にも関係しています。
先に述べた拡散についての説明「濃度の高いところから濃度の低いところに物質が移動する」を数式で表現したのが図のFickの法則の第1形式です。左辺のJは物質の流束（フラックスとも）で、「単位時間当たりに単位面積を通過する物質の移動量」です。これが濃度の勾配に比例する、という内容です。右辺にマイナスがついているのは「高いところから低いところに流れる」ことを表現しています。比例係数Dは拡散係数とよばれ、物質の拡散のし易さを表しています。
さて、この法則を書き換えたFickの法則の第2形式が今回のお題の「拡散方程式」です。
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今年(2020年)の新型コロナウイルスの感染拡大によって本学も前期はキャンパス閉鎖、全面オンライン授業となったのですが後期に入るとかなりの授業が対面となりました。つまり、後期の授業に関してはオンラインにならなかった授業も多いのです。ただ、応用化学科について言えば「対面授業、ただし遠隔受講可」という授業が多いのですが。
さて、自分自身、前期の完全オンライン化された授業に比べて後期の授業はオンライン化の影響が少ないと思っています。というか、まったくいままでと変わらないのでは。
内容についてはその通り。ですが、確実に変わったと思うことが一点あります。それは学習支援システムの利用され方と頻度が変わった、というか存在感がものすごく大きくなったということです。
学習支援システムは簡単に言えば授業のためのホームページ、授業用のブログを作るシステムのこと。もちろん、出席管理から小テストの実施、ファイルのダウンロードやアップロードの窓口にもなります。本学ではmoodleというオープンソースの学習支援システム（ moodle.org では「学習プラットフォーム」と表記されています）を利用しています。（moodleについてはこちらの記事でも触れています。）
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「鉄の塊が水に沈むのは何故でしょう？」
そう聞かれたら普通は「重いから」と答えるのでは。でも続けて
「鉄１トンと綿１トンはどちらが重いでしょう？」
とくると「あれ？」と思いますよね。単純に重さが問題なのではありません。体積と重さの関係、要するに体積当たりの重さ、密度がポイントなのですね。
密度は通常 [g/cm3] という単位で表されます。水ならこの単位で１になりますから、感覚的に分かりやすいですね。
さて、今日のお題はこの [g/cm3]の読み方についてです。
「えっ、グラム パー リッポウ センチ じゃないの？」
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「今日は何の日？」
「文化の日です。祝日でお休みの日です。」
はい、世間一般ではそうですね。ですが本学では今日、11月3日は祝日授業開講の日です。
さて、祝日授業開講日について説明しましょう。 別に「祝日授業」という特別の授業がある訳ではありません。祝日ですが、「授業を開講」する日、という意味です。この祝日授業開講日、今学期は他にも11月23日（勤労感謝の日）が該当します。
「祝日なのに授業が有るなんて！」もしあなたが高校生（あるいは中学生、小学生）ならそう思うかも知れませんね。
大学の科目は原則として14回の授業と1回の期末試験とで構成されています。ですから前期･後期、それぞれ15週間で終わります。つまり、年間30週間しか授業は無い、ということです。高校まではいつも授業があって、その間に休みがある、という感じでしたが、大学では30週間の授業を一年間に割り当てる形になっていて、それ以外は休み、ということになるのです。休日の意味合いが違いますよね。
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我々応用化学科が所属する工学部の大学院は「工学研究科」ではなく、「サステイナブル工学研究科」という名称です。サステイナブル工学の確立を目指す、という方針を明白に示した訳です。
さて、その大学院の授業のなかで私は「サステイナブル工学概論」という授業を受けもっています。そこで SDGｓ について説明した回の後で学生の皆さんに「自分の研究がSDGｓの17個の目標のどれに貢献が期待できますか？」と質問してみました。今回のその結果を紹介しましょう。
トップ3を挙げると1位は同率で
「目標７：エネルギーをみんなに、そしてクリーンに」
「目標９：産業のイノベーションの基盤をつくろう」
それぞれ 30.6％でした。つづいて3位は
「目標３：全ての人に健康と福祉を」
で 16.7%です。
