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第1級陸上無線技術士、第1種伝送交換主任技術者、第1種アナログ工事担任のTOITAが航空無線を目指す、皆様のお手伝いをします。



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第22期無線工学第9章電磁気 (5)磁気その2

                          第9章電磁気
          (5)磁気その2



前回は、磁気の内、磁気に関するクーロンの法則のお話を
しました。今回は、磁界の強さからのお話です。



[2]磁界の強さ
  磁気的な力が働く空間磁界と言います。(物理の
    世界では、 磁場と言います。地球の磁場と言う言葉は、
    TVでもよく耳にします。)
  磁界の強さは、 その磁界に 1[Wb]のN極(+1[Wb]
    ) 
置いた時、これに働く力の大きさ方向で表します 
    。
  磁気を帯びた N極又は、S極を大きさを持たない粒と考
    えたものを磁価と言います。
  静電気の電荷にあたるものです。 また、 磁価を考える
    時は、N極とS極は、対でなく単独で考えます。
  考え方は、電界の時とまったく同じですので  電界のお
    話をもう一度読み直しておいて下さい。 キット、 電界
  と磁界についての理解が進むはずです。
  磁界の強さ:H の式は、

  H = m/(4・πμ・r^2) [N/Wb]   (2)

 つまり、m [Wb] の磁極からの距離 r[m] の地点に+1
   [Wb] の磁極を置いた時、+1[Wb]当たり何 [N] の力
 が働くかと言う事です。
 (2) を見ますと前回お話をしました磁気に関するクーロ
   ンの法則を表す式の分子からmが1つ消えています。
 これは、
     H = F/m             (3)
   
   であることを示しています。 また、単位からも (3) に
   なる事が分かりますが実際に使われる単位は、[A/m
 (アンペア ・パー・ メータ ーが使われます。
 電界の単位が[N/C] でなく[V/m]が使われるのと同じ
 です。


   磁界の単位にA (アンペア)が付くのは 電流に関係する
   と覚えておいてください。



[3]磁束密度


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第22期無線工学第9章電磁気 (5)磁気その1

                          第9章電磁気
          (5)磁気その1



磁気は、 電波の構成要素の 「電界」と 「磁界」の「磁
界」に関係します。また、電気(電子)の重要部品の「
抵抗」、「コイル」、「コンデンサー」の内のコイルに
関係します。


 


出来るだけ、分かり易くお話をしていますが、電磁気の
それぞれのお話は、 第9章の最初からの積み上げですの
で、分からなくなりましたら最初に戻って下さい。
また、会員の方は、遠慮なく質問をお寄せ下さい。
そして、単位が沢山出てきます。
単位について 余り気にされない方が  多いと思いますが
は、その単位が与えられた事柄の意味を表していま

例えば、速度の単位は、[m/s] です。
これは、1秒(s)当たり 何m 進むかと言う事です。この
単位の分母何々当たり表します。
本来、 単位は、 今、お話をしました様に 単位が与えら
れた事柄の意味が分かる様になっているのですが、単位
を人の 名前に変えてしまった為に 本来の意味が 分から
なくなったものが色々あります。
例えば、周波数の単位は、[Hz] (ヘルツと読み人の名前
です。)ですが、 以前、[c/s]  (サイクル・パー・セカ
ンドと読みます。)を使用していました。
[c/s] は、 1 秒間あたりの振動数が何サイクルかと言う
事を意味しています。
しかし、まだ、 本来の意味が分かるものも沢山あります


また、単位の重要性は、計算式が正しいか どうかの検証
に役立つと言う事にあります。
先ほどの速度の例で言いますと、[速度] =  [掛った時間
] ÷[距離] と勘違いした人が居るとします。
すると、速度の単位は、[s/m] となってしまいます。
速度の単位が [m/s] である事さえ知っていれば  式を覚
えていなくても、式を導き出す事が出来ます。
今の例は、簡単な式ですから、 この様な事は、無いと思
いますが、式が複雑になった時に 式の検証に役立ちます


単位の 重要性について お話をしましたが  その重要性の
為に航空無線通信士の試験でも良く出題されますので 単
位を覚えておいて下さい。 次回の8月期には、 出題され
ないと思いますが、これは、私の予想です。

それでは、磁気のお話をいたします。
なお、 磁気は、前回迄お話をしてきました静電気のお話
と似ている所が多くありますので その違いただけを覚え
て下さい。

[1]磁気力に関するクーロンの法則
 磁石のN極とS極が 引き合う力と 同極同士が反発し合
  う力を気力といいます。
 N極とS極の事を磁極と言います。
 N極とS極はであり電荷の ”+”と”-”の様に 単独
   では、存在できないのが特徴です。
 つまり、磁石は、いくら細かく割っても一方の端が N
   極なら反対側は、S極になります。
 電荷を”Q”や”q”で表しますが、磁極は、”m”で表され
   ま。
 電荷は、電気を持ち、その電気量の単位が [C] でした
   が磁極の場合は  磁極が持つ磁気量の単位を、[Wb] (
   ウエーバーと読みます。)です。
 m1 [Wb] (ウエーバー) の磁極と  m2 [Wb] の磁極が
   距離 r [m] だけ離れて存在するとします。
 そして、 電界の時の真空の誘電率と媒質により決ま比
   誘電率が有った様に磁気の世界でも真空の透磁μ0 
  と質により決まる比透磁率μr  があります。
 透磁率の単位は  [H/m] (ヘンリー・パー・メーター)
   です。
 比透磁率:μr は  μ0 の何倍と言うだけですので単位
   がりません
 
       透磁率:μ=μoμです。

  m1とm2の間に働く力:F は、

  (m1・m2)/(4・πμ・r^2 []
                                               (ニュートン
 
                    (1)  

 (1)式の関係を磁気力に関するクーロンの法則と言いま
   す。
 電荷の場合は、静電気に関するクーロンの法則 と言い
   ま。
 それぞれのクーロンの法則の式の何処が 違って、何処
   が同じか確認しておいて下さい。



次回は、磁界の強さからのお話を致します。



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第22期無線工学第9章電磁気 (4)電束と電束密度

                   第9章電磁気
       (4)電束と電束密度

今回は、電束と電束密度のお話を致します。電束も電束
密度も航空無線通信士の試験範囲を超えていますので、
直接、これらの問題が出題された事は、過去に有りませ
ん。
と言う事は、航空無線通信士より上級の資格試験では、
出題されていると言う事ですので新設問題として出題さ
れる可能性があります。また、電束と電束密度につては
、コンデンサーを理解する為に必要ですので、今回、お
話をする事としました。


 1.電束
電束とは、文字通り電気力線の束の事です。
電気力線は、もともと架空のものですから電束も架空の
ものと言う事になります。


架空のものですから誘電体に関係せず1[C] (クーロン)
の電荷から
1[本] の電束
が出ると定めます。
よって、Q [C] の電からは、Q [本] の電束が出ます。
単位は、電荷と同じく [C] (クーロン)です。

2.電束密度[C/m^2]
電束密度は、文字通り単位面積当たりを通過する電束の
密度と言う事になります。
ここで電界の強さ:E について思い出して下さい。

   E=Q/(4πε r^2)           (4)

この式は、電界の様子を示す電気力線の単位面積当たり
を通過する電気力線の密度を表します。
前回のお話で電気力線の総数がどの様に表されたかた見
直して下さい。
電界の強さとは、 電荷Qから半径 r の距離の 球の表面
を通過する単位面積当たりの電気力線の密度と言う事に
なります。
電荷Q からの距離が離れれば、r が大きくなりますので
球の表面積も大きくなりますので、電気力線密度は、小
さくなります。
つまり電界が弱くなる事を示します。

さて、電束密度Dは、電束の密度の事ですから (5)式の
様に書
けます。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第22期無線工学第9章電磁気 (3)電気力線と電気力線密度

           第9章電磁気
      (3)電気力線と電気力線密度


前回は、電界のお話をいたしました。
今回は、皆様が独自に電気力線と電気力線密度の勉強を
されていることを前提に電束と電束密度のお話をするつ
もりでしたが、大変重要なので、電気力線と電気力線密
度のお話をする事と致しました。
電気力線は、電気 (電子)部品の需要な要素 (抵抗・コン
デンサー・コイル) の内のコンデンサーに大いに関係し
ます。


[I] 電気力線とは?
ある ”場” の 状態を表す必要がある事があります。  例
えば、 大雨が続いて地盤が緩くなっている時 どの地域
に どれだけの積算雨量が有ったとか言う事を 地図上に
棒グラフを立てて表しています。
また、風の様子を表すために地図上に矢印を沢山描きま
す。
風向は、矢印の向きで、風速は、矢印の長さ又は、色で
で表しています。地図上に沢山の矢印を描く事で台風の
風が全体として渦を巻いている事を視覚的に捉える事が
出来ます。

前回迄のお話では、ある電荷が有って、その電荷から距
離:rの場所の電界の”強さ”と”向き” を知る為に"+1 [C
]” の電荷を置く事でそれらを知る事が出来ました。
この様に 個々の場所の電界の”強さ”と”向き”を計算する
事が出来ますが、場の全体の状態を捉える事が出来ませ
ん。

そこで、今回、お話を致します電気力線と言う架空の線
で電界全体の様子を表してみます。


 電界の強さE電気力線の密度
        
電気力線の密度各々の場所の電界の強さ
        を表します。
        
電気力線が沢山ある所は、電界が強く、電
                 気力線がまばらな所は、電界が弱い事を表
      します。また、それぞれの場所の電気力線
      の密度は電界の強さですので、前回、お
      話ししましたEを求める式で計算出来ます。
        先ほどの風の例の場合ですと、矢印の有る
        所しか表せませんので連続した場所の変化
        を表す事が出来ませんが、一方、電気力線
                 、 + の電荷から出て- の電荷迄繋がっ
                 ています
ので 電界の様子を連続して表す事
                 が出来ます。
     
 電界の向き :電気力線の接線方向



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第22期無線工学第9章電磁気 (2)電界

           第9章電磁気
             (2)電界



今回は、前回お話をしました「クーロンの法則」を一歩
進めて「電界」のお話をいたします。

さて、「電界」とは、どの様な概念でしょうか?
聞いた事のない言葉だとお思いの方もいらっしゃると思
います。
また、聞いた事はあるが良く意味が分からないと言う方
は、残念ながら理系の方の中にも沢山いらっしゃいます

実は、電界とは、皆様が使われる事になる航空無線に深
く関係しているのです。
そうです。  電波です。 電波は、「磁界」と「電界」か
ら成り立っています。
第9章のタイトルは。 大学では、「電磁気学」と呼ばれ
る学問です。まさに「電界」と「磁界」が対象の学問で
す。
それでは、「電界」についてのお話を始めます。

1.電界とは?
 とは、英語でElectric field と言います。
 電気の力が及ぶ範囲のことを言います。ちなみに電界
 とは、 電気屋さんの言葉で 物理屋さんは、 電場と言
   います。
 場と界は、同じ様にある事が存在又は、作用する範囲
   (空間)を指す言葉です。
 例えば、「現」とは、 現在物事が起こっている場(
   空間)と言う事になると思います。
   又、地球の磁場と言う言葉を耳にされたことがお有り
 だと思いますが、これは、地球が発する磁力が及び空
 間を言います。
 次に、「界」が付く言葉を挙げてみましょう。
  「世」とは、人間が認知出来る空間(界) と言う事
 で相撲界とか野球界はたまた、ズバリ世界と言う言葉
 があります。
   身近な範囲で「界(field)」の例を考えて見てください
 。
 そうして考えますと、「電界」と言う言葉は、そんな
 に特殊な言葉でも無くなってきたと思います。
 私達人間が存在する地球あるいは、宇宙で電荷が存在
 すれば、そこが電界になります。
 
 繰り返しになりますが、電界は、そこに電荷が有るか
   または、後々お話をします界の変化により作り出さ
   れます

 身近な例としましては、下敷きを脇の下に挟んで擦り
   、その下敷きを頭に近づけますと髪の毛が逆立ちます
   。
  下敷きを遠ざけますと髪の毛は、元に戻ります。
  下敷きに溜まった静電気の力が及ぶ範囲電界です。
  電界を身近な例で例えてみます。教室に入った時、好
  きな異性が近づいて来たとしますと、貴方の心が動き
  ます。
  しかし、その人がその場を離れますと、心は、平常に
  戻ります。(居なくなっても 平常心に戻れない人もい
  るかもしれませんネ。)
  正に、好きな異性が居た場は、異性の力が及び範囲で
  す。逆に嫌いな異性が近づいてきても、逆の意味で心
  が動きます。

 
2.電界をどう捉えるか?



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第22期無線工学第9章電磁気 (1)静電気に関するクーロンの法則

             第9章電磁気
    (1)静電気に関するクーロンの法則

今回は、「静電気に関するクーロンの法則」についての
お話です。クーロンの法則は、電気的な現象を理解する
上で、最も基本的な法則ですので、完全に理解して下さ
い。次回お話をします電界等、これから出てきます式に
関係しますので、この式が理解できませんと前へ進めま
せん。

クーロンの法則には、「静電気に関するクーロンの法則
」と「磁気に関するクーロンの法則」があります。
クーロンの法則に限らず、静電気のお話に出て来る式は
、文字を変えると磁気に関する式になりますので、静電
気が理解出来ますと、後は、皆様自身が、受験参考書で
磁気に関する内容を読めば分かる様になります。

さて、クーロンの法則は、簡単な式で表されますが、簡
単な式に限らず、は、暗記するものでは、なく何を意
しているかを理解する重要です。
式の意味が分かれば、自然と頭に入りますが、意味もわ
からずに、暗記しますと、すぐに記憶から消えてしまい
役に立たなくなります。
特に、 無線従事者試験の最高峰である第1級陸上無線技
術士のアンテナと電波伝搬には、沢山の式が出てきます
が、それらの式を使えなければなりません。沢山の式を
意味が分からずに暗記する事は、不可能です。

それでは、「電気とは、何か?」と言う事の復習から始
めます。 詳細は、工学第1章「空中線と電波伝搬」の 1
回目でお話をしていますので、読み直しておいて下さい


電気の正体は、原子の陽子に、”+”。電子には、”” の
電気の性質があり、いくつかの電子が原子から離れる事
それぞれの性質が見えてくると言う事をお話しました

つまり、1 つの原子の中の陽子の数と電子の数が同じで
あれば、その原子は、電気的な性質を示さないと言う事
です。
それでは、陽子と電子が分かれる事でどの様な事が起こ
るのか基本となる「クーロンの法則」についてのお話を
します。



原子から離れた電子は、”-”の電気の性質を示します。
また、電子が抜けた原子は、”+” の電気の性質を示しま
す。
(原子は、電子と原子核で出来ています。原子核は  中性
子と陽子で出来ています。中性子には、電気的な性質が
ありませんが陽子には ”+”の電気の性質があります。
よって原子は、電子の抜けた数だけ”+” の電気の性質を
示す事になります。)

電子が抜けた原子と 電子の絵を 一々描いていたのでは、
大変なのでそれぞれ丸で描きます。
そして、その丸を電荷と呼びます。
電荷自体は、大きさをもちません。
下の図-2をご覧ください。
”+” の電荷とは、電子の数が陽子の数より少なくなった
原子の事です。
”の電荷とは、自由電子の事です。
自由電子とは、陽子の束縛を逃れて自由になった電子の
事を言います。覚えておいて下さい。重要です。
電荷同士に働く力



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  予備知識”0”からの出発。理解出来るので暗記する
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  質問される方、それぞれに、 個別のお答えをしてい
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第22期電波法規第8章総則 (1)電波法の目的

          第8章総則
        (1)電波法の目的
               赤紫色の文字は、法規の用語
     のページで意味を確認して下さい。


今回は、総則の中で一番最初に書かれています。電波法の目
的についてのお話を致します。
私は、次期の試験の出題内容を予測して、必要な内容に限っ
てお話をしていますが、その基礎となる平成13年2月期から
の各期毎の試験問題記録を調べてみましたところ、総則が出
題されたのは、過去に 3回だけでした。
その内の”電波法の目的”が出題されたのは1回だけです。


それでは  ”総則”とは、何かと言う事からお話をします。
”総則”と聞かれてなんの事やらとお思いの方も多いと思い事
と思います。
総則とは、法律や会社の社則等の規則等の一番最初に書かれ
る章でその目的は、以下の2つです。

(1)その法律や規則の目的
(2)その法律や規則に出てくる用語の意味

(1)目的を書く事で、法律や規則が何の目的で作られたか
が、書かれています。
(2)は、その法律や規則の中で使われる用語の定義をする
事で、  その法律や規則の解釈が一意になる様にしています


総則についてご理解頂きましたところで、早速、”電波法の
目的”についてお話を致します。
”電波法の目的”は、 電波法第一条に書かれています。 その
全文は、短いのでそのままを記載します。

[目的]
第一条  この法律は、電波の公平且つ能率的な利用を確保す
ることによつて、公共の福祉を増進することを目的とする。

この条文は  短いので暗記する事もできますが、重要なのは
赤字で示した部分で、電波法を貫く精神が書かれています。
この精神を理解する事でこの法律の全てが理解しやすくなり
ます。
それでは、一つ一つについて考えています。
公平・・・・・な利用
電波の周波数は、 300万[MHz](3[THz])以下と総則の中
の用語の定義に書かれています。  この周波数の中に各無線
局周波数が割り当てられていまして、 周波数の空きが 殆ど
ありません。 その為、 特定の人に優先的に周波数を割り当
てる事なく、公平にしますと言う事を宣言しています。
行政に当たってほしいものです。
能率的な利用
周波数が有限であることから、 効率よく 使用する為の法律
である事を宣言しています。
例えば、 長距離の通信を目的とした無線電話には、 短波帯
の周波数が割り当てられています 。航空無線ですと、 洋上
での管制や航空機間の通信に使用されています。
逆に、 空域毎の管制の為には、 電波の通達距離が短い超短
波の周波数が割り当てられています。
また、 帯域幅の広いTV放送には、超短波以上の周波数が割
り当てられています。 仮にTVのある局に 1[MHz]の周波数
を割り当てたとしますと、7[MHz]までをその占有帯域幅の
為に占有してしまいます。
この周波数帯をA3Eの局に割り当てたとしますとその占有帯
域幅が 6[KHz]ですから、 1000局が使用できる事になりま
す。 よって、現在の周波数プラン(どの様な局にどの周波数
を割り当てるか)は、効率的なものと言えます。
公共の福祉の増進
福祉と言う言葉が入っていますが、 ”福祉” とは、人々の幸
福で安定した生活を公的に達成する事を意味します。
よって、電波法により、特定の個人や団体の為では、なく、
電波の利用が 国民の幸福に 寄与する様にする為の法律であ
る事を宣言しています。

電波法の目的では、 これらの赤字で示した部分の 理解が重
要になります。
大学での第1級陸上無線技術士の免許取得の為の講座では、
電波法の目的を一番最初に話しています。

以上で平成30年8月期向けの電波法規のお話は、全て終了で
す。





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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第22期無線工学第8章電源 (1)電池一般

          第8章電源
          (1)電池一般


今回は、電池一般のお話です。 電池が航空無線の試験
で重要視される理由は、 航空機には、飛行中、外部か
らの電源の供給が無いためです。


飛行中は、電線を引き込めませんので 発電機を持たな
ければなりません。
これは、自動車と同じです。
発電機で発電した電気の最大の使用目的は、 エンジン
の始動とエンジンを回し続ける為の電気です。
次に機内の照明などや通信機等への電力の供給です。
発電機で発電された電気は、使用量が少ない場合、 電
池に蓄えられます。 そして、発電機で発電した電気だ
けでは、 足りない時に電池に蓄えられた電気を使いま
す。
この様に、 機内で安定した電力を供給する為に電池が
、使用されます。
つまり、電池が無いと航空機は、飛行出来ない言う 重
要な物なのです。 


近年、 最新鋭のB社の航空機が電池の不具合で飛行停
止になった事は、記憶に新しいところです。 


重要な事柄は、試験に良く出るのが当然の事です。
また、この時期になりますと受験勉強をされる方の中
には、これまでの無線工学の勉強に疲れて電源の勉強
をおろそかにされる方がいらっしゃいます。
しかし、電源は、範囲が狭いだけに、勉強も楽で、試
験で得点しやすい箇所です。
合格の為に、電源を勉強しない手は、ありません。

それでは、電池について勉強を始めましょう。


1.乾電池
 (1)一次電池と二次電池
  一次電池・・・・・充電出来ない使い捨ての電池
           です。
               あまり交換を必要としないTV
               のリモコンの電源等に使用さ
               れています。
  二次電池・・・・・充電出来る電池です。 携帯電
               話の電池などは、 始終使いま
               すので いちいち交換するより
               充電できる方が便利ですし 経
               済的です。
               また、 二次電池は、停電でシ
                                ステムを ダウンさせられない
                                様な装置にも 使用されていま
                                す。

 (2)電池の接続


     
     図-3をご覧ください。


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