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5/12/2018 EE09OHP - slidepdf.com

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電気電子情報工学課程平成23年度2学期

電磁エネルギー工学

日時：平成23年11月11日（金）

10:30 ~ 12:00

場所：F 講義室

1



電磁エネルギー工学 November 11, 2011

数学、物理得意だと高所得＝「国語」と180万円差―大卒就業者1万人調査時事通信 10月20日(木)21時15分配信

文系、理系を合わせた大卒就業者約1万人（平均年齢43歳）の得意科目と平均所得（年収）

の関係を調べると、数学が得意な人の所得が約620万円と最も高く、2番目は理科が得意な

人の約608万円だったと、同志社大や京都大などの研究グループが20日発表した。数学が

得意な人と国語が得意な人とでは、約183万円の差があった。

理系の就業者約3200人では、理科4科目の中で物理が得意な人の所得が約681万円で最

も高く、生物が得意な人が約549万円で最低だった。こうした傾向は世代を通じて共通してい

たが、学習指導要領が変わり、「ゆとり」や「個性」が強調されて学習内容が減るにつれ、理

数が得意な人が減っていた。

同志社大経済学部の八木匡教授らによると、数学や物理が得意な人の所得が高いのは、

論理的な思考能力が仕事の役に立っているだけでなく、理数が得意な人が減少傾向にある

中、労働市場での評価が相対的に高まっている可能性がある。

2

http://rd.yahoo.co.jp/media/news/medianame/articles/*http://news.search.yahoo.co.jp/search?to=2&rkf=1&ei=EUC-JP&p=%BB%FE%BB%F6%C4%CC%BF%AE






（シラバス）

第１回(9/2、江)概要説明，容量性エネルギー

第２回(9/9、江)

誘導性エネルギー

第３回(9/30、菊池)

電磁エネルギーの発生と放出第４回(10/7、江)

RLC回路とパルス形成回路

第５回(10/14、江)

同軸線路と特性インピーダンス

第６回(10/21、江)磁気パルス圧縮と計測

第７回(10/28、江)

パワー半導体スイッチング素子

第８回(11/4、江) 中間試験

第９回(11/11、菊池)放電の基礎

第10回(11/18、菊池)

パルスパワー技術の基礎

第11回(11/25、菊池)

気体レーザーの基礎第12回(12/2、菊池)

プラズマと電磁流体力学の基礎1

第13回(12/9、菊池)


第14回(12/16、菊池)荷電粒子ビームの基礎

第15回(12/20、菊池)

電磁エネルギーの各種変換と応用

講義の日程と内容

3




（シラバス）

第１回(9/2、江)概要説明，容量性エネルギー

第２回(9/9、江)

誘導性エネルギー

第３回(9/30、菊池)

電磁エネルギーの発生と放出第４回(10/7、江)

RLC回路とパルス形成回路

第５回(10/14、江)

同軸線路と特性インピーダンス

第６回(10/21、江)磁気パルス圧縮と計測

第７回(10/28、江)

パワー半導体スイッチング素子

第８回(11/4、江) 中間試験

第９回(11/11、菊池)放電の基礎

第10回(11/18、菊池)

パルスパワー技術の基礎

第11回(11/25、菊池)

気体レーザーの基礎第12回(12/2、菊池)


第13回(12/9、菊池)


第14回(12/16、菊池)荷電粒子ビームの基礎

第15回(12/20、菊池)

電磁エネルギーの各種変換と応用

講義の日程と内容

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講義資料は

http://fusion.nagaokaut.ac.jp /

担当授業

電磁エネルギー⼯学

↓

↓

（学内専⽤）

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http://fusion.nagaokaut.ac.jp/





放電について

電離と再結合

絶縁破壊と放電

放電の種（電⼦放出）

放電の種類

放電の発⽣形態と回路技術

6



水素原子内の電子の軌道

7



水素原子のエネルギー準位図

8



電離

中性原⼦

原⼦核

電⼦

電離＋

イオン電⼦

電離： A → A++e-

電離： A → A2++2e-

9



電離エネルギー

中性原子

原子核

電子

電離＋

イオン電子

元素名 H He Li N O Ne

電離エネルギー（eV） 13.5 24.5 5.39 14.5 13.5 19.8

元素名 Na Ar K Kr Cs

電離エネルギー（eV） 4.95 14.7 4.02 12.9 3.9

電離に必要なエネルギー

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-原⼦

電⼦

衝突+ -

-

イオン

衝突電離： A+e- → A++2e-

衝突と励起・電離

•弾性衝突→衝突の前後で運動エネルギーが保存•⾮弾性衝突→運動エネルギーの総和が衝突前後で変化

励起・電離

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電離の種類

•電⼦衝突による電離

•イオン衝突による電離（荷電交換）

•中性粒⼦衝突による電離

•光⼦の吸収による電離（光電離）

X + e→ X+ + e + e

X+ + Y→ X + Y+

X + Y*→

X

+

+ Y + e

X + hv → X+ + e

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ペニング電離

Ne + e→ Ne* + e

Ne* + Ar → Ne + Ar + + e

例えば，NeとArの混合ガスにおいて

第１段階

第２段階

準安定原⼦準安定準位

=16.6~16.7V

電離エネルギー

=15.8V

蛍光灯やプラズマディスプレイで利⽤

13



中性原⼦

原⼦核

電⼦

再結合＋

イオン電⼦

再結合： A++e-→A

再結合

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電⼦とイオンの状態

励起

準安定原⼦

活性種

電離

(正)イオン

PositiveIon

負イオン

NegativeIon

吸着

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プラズマの作り⽅

加熱する

⾼電圧を印加

電磁波を照射熱電離，ガスコンロ，電熱，衝撃波

光電離，X線照射

放電（パッシェンの法則）

エネルギーを与える

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放電とプラズマ

プラズマとは

放電とは

物質の第4状態，電離した状態

⾼電圧（⾼電場）によって電気絶縁を破壊

-

+

-

+

-

+

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絶縁破壊に⾄るプロセス

陰極陽極

紫外線

+-

-

-

-+

+ -

-

--

+

+

+

+

---

--

-

-

実験結果：電界強度が一定の場合、電流値( I )は電極間隔(d )の指数関数である。

I = I 0e

α d

d

log I

18



タウンゼント理論

平⾏平板電極間の電⼦増殖

1個の電⼦が電界中を単位距離進む間に起こす衝突電離の回数：α

タウンゼントの電離係数（α係数）

dI = I " dx

dI

I " = # dx " +C

log I = " x +C

I = eC e" x

I = I 0e" x

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自由行程

自由行程

自由行程：相次ぐ衝突の間に走る距離

気体分子

気体分子

20



平均自由行程

⾃由⾏程：衝突の間に⾛る距離

平均⾃由⾏程：⾃由⾏程の統計的平均値

1Torr の気体中の分⼦（λg)及び電⼦（λ

e)の平均⾃由⾏程

(単位：10-5m)

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気体中における荷電粒子の運動

E E

(気体分子なし) (気体分子あり)

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パッシェンの法則

放電開始電圧V sの圧⼒ pと電極間距離d の関係

V S = B p d

C + ln( p d )

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電⼦放出

24



光電⼦放出

光が固体表⾯に照射

↓光⼦のもっていたエネルギーが固体内の電⼦の運動エネルギーに変わる

↓

電⼦の運動エネルギーが固体の仕事関数よりも⼤きい

↓

電⼦が固体の外へ⾶び出す

1

2mv

2= h" # e$ > 0

" c=

1240

# [nm]

光電⼦放出

の条件式

必要な光⼦の波⻑

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正イオンや準安定原⼦による電⼦放出

正イオンや準安定原⼦が陰極に衝突→電⼦を放出

仕事関数φ[V]

物質の表⾯から1個の電⼦を取り出

すのに必要な最⼩のエネルギー

eV i+K

i" 2e#

eV m+ K

i" e#

正イオン

中性の準安定原⼦

eV :電離エネルギー

K :運動エネルギー

φ :仕事関数⾦属1~5[V]

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熱電⼦放出

固体を加熱して温度を上昇

↓

内部の電⼦が⼤きな運動エネルギーを持つ

↓


J RD

= AT 2exp "

e#

k BT

$

% &

'

( )

A =1.2015"106[A/m

2K

2]

放出される電⼦電流密度

リチャードソン・ダッシュマンの式

熱電⼦放出定数

[A/m2]

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電界放出

電極表⾯に強い電界

↓

表⾯の電位障壁が下がる（＝仕事関数が減る）

↓

トンネル効果により電位障壁を（越えないで）通過↓


109~1010[V/m]以上の電界強度が必要

ただし，微⼩な突起がある→平均電界が⼩さくても局所的に

電界が集中→電界放出

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放電の形態•グロー放電•アーク放電

•真空アーク放電•コロナ放電•誘電体バリア放電

•沿⾯放電

•直流•⾼周波•マイクロ波

•パルス

放電の発⽣形態と回路技術

プラズマの⽣成・

電源回路

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真空中の沿⾯放電

30

⼤気中の沿⾯放電



⼤気中の沿⾯放電

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⾼周波放電（容量結合プズ）



⾼周波放電（容量結合プラズマ）

32





33

⾼周波放電（誘導結合プズ）



⾼周波放電（誘導結合プラズマ）

34

⾼周波放電（誘導結合プラズ）



GND


35




GND


36

直流放電



直流放電

37

例えば学⽣実験「放電プラズマ」



例えば，学⽣実験「放電・プラズマ」

放電管

Arガス 1Torr

直流電圧印加

38

例えば学⽣実験「放電プラズマ」




放電管

Arガス 1Torr

ヒータータングステンフィラメント

熱電⼦放出

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例えば学⽣実験「放電・プラズマ」




放電管

Arガス 1Torr

テスラコイル

⾼周波を印加

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例えば学⽣実験「放電・プラズマ」




放電管

Arガス 1Torr

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講義資料は



講義資料は

http://fusion.nagaokaut.ac.jp /

担当授業

電磁エネルギー⼯学

↓

↓

（学内専⽤）

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今日の復習






今日の復習

(1)電離と再結合について説明せよ

(2)Arが電⼦衝突によって1価電離する式を書け

(3)放電とは何か説明せよ(4)タウンゼント理論による電流 I の式を初期電流 I 0，

電極間距離d ，電離係数αを⽤いて⽰せ

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