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船舶電気装備技術講座 〔基礎理論編〕 (GMDSS)

 事業名 船舶の電気装備に関する技術指導等
 団体名 日本船舶電装協会 注目度注目度5


はしがき
 近年、電子素子及び電子部品の高度化、デジタル技術の発展等にともない、船舶に備えられる船舶用無線通信機器及び航海用レーダー等の電子機器は、高機能化が図られている。
 これらの電子機器に用いられる電子回路、電子工学及び情報通信工学の基礎を始めとして、レーダーの基礎、人工衛星を利用した無線通信等について分かり易くまとめたのが本書である。
 船舶用無線通信機器及び航海用レーダー等の装備・整備業務等に携わる者は、これらの技術の基礎をしっかり学習され、より深く機器を理解することにより、個々の技能を高めていただきたい。
 なお、本書は競艇の交付金による日本財団の助成金を受けて作成したものである。
 
電気・電子・電波・情報通信工学の基礎
第1章 電磁気学と電子工学の基礎
1・1 電気とはなにか
1・1・1 電気の歴史と電気力線(電気力のクーロンの法則)
 電気は目に見えない、重さも色もないのに誰もが電気が存在していることを認めて日常生活で使っている。あらためて電気とは何ですか?、と聞かれるとはっきり答えられる人は少くない。紀元前600年ころギリシャのターレスが琥珀を紙片や羽根で摩擦するとものを吸い付ける現象を発見した。ギリシャ語で琥珀をエレクトリカ、Elektrikaと呼ぶ。これが現在電気を英語でエレクトリックス、Electricsと呼ぶ語源となった。電気を電磁気学として理論研究をしたのが英国のギルバートで17世紀に「磁石について」という本を書いた。工学として電気が利用できるようになったのは更に200年後の19世紀になってからであり、電気が発見されてから利用できるまでには2500年もの長い年月が経過している。さらに、電波工学、電子工学から通信工学として広く社会に普及するようになったのは20世紀以後の近代になってからである。
電気の極性と電気力線;
 摩擦により電気を発生できることが発見されたが電気には2種類あることを見つけたのは1733年フランスのデュフェーで、ガラス棒を絹布で擦って起こる電気を「ガラス電気」、琥珀や樹脂を毛皮で擦って起こる電気を「樹脂電気」と名前を付けた。後になりフランクリンが前者を「陽電気」、後者を「陰電気」と名前を付けたことからプラスとマイナスの電気に分類されるようになった。図1・1に電気の極性と力の向きを示す。ものに電気が付き力が作用する状態を帯電と呼ぶ。
 
図1・1 電気の極性と電気力
 
図1・2 電気力線
 
 プラスとマイナスの帯電は引き合い、同じ極性のプラス間及びマイナス間では反発する(押し合う)向きに力が作用する。
 帯電したものの間は図1・2に示すような目に見えない線で結ばれていると考えてこの線を電気力線と呼ぶ。電気力線が縮むとものが引き合い、伸びるとものが押し合うと考えることから力線と呼ぶ名前が付けられた。現在は理論計算により電気力線の分布が正確に描けるようになった。
 帯電した電気の大きさを電気量と呼ぶ。クーロンは電気力の大きさについて研究して、この大きさは帯電した電気量に比例して、帯電したものの間の距離の自乗(距離×距離)に反比例することを発見した。これを電気力のクーロンの法則と呼ぶ。
 
図1・3 電気力、F
誘電率、 ε=ε0・εr
 
 図1・3において
 プラスQ1とマイナスQ2、(クーロン)の電気量が距離r(m)に置かれた場合に互いに引力F(ニュートン、N)が作用する。Fの大きさはクーロンの法則から
 
 
となる。ここで、πは円周率. εは誘電率と呼ばれ電気量が置かれている媒体の電気的性質で、真空の誘電率ε0を1としたときのその場所の誘電率の大きさを比誘電率εrと呼ぶ。真空の誘電率ε0の値はε0=107/4πC2で、Cは光の速さ、3×108(m/s)である。クーロンの法則は力の大きさは電気量が置かれている媒体(場所)の誘電率εの影響を受けていることを示している。同じ極性の電気量間には互いに反発する力が作用する。







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