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(2018.12.07)の元スレの末尾に悲しいお話追記
たまにはちょっと有意義なお話。これもホームページより引用。ちょっとだけ自慢編
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数学の授業のラプラス変換は最初存在意義よくわからんかった。同時期に学んだのフーリエ変換は時間軸と周波数軸の相互関係が非常に面白かったけど。
その認識が一変したのが電子回路の過渡現象(抵抗やコンデンサ・コイルの回路に電圧駆けるとどうなるか?時間変化を詳細に解析)。
過渡解析は微積分方程式を解く正攻法で最初は習うんだけど、単元が変わるとラプラス変換による解法が説明される。
乱暴な言い方をすれば、時間積分が1/s倍 時間微分がS倍という魔法のような置き換えたをしたS領域に演算子法とも呼ばれる変換して(そこでは、中高生でもできる)代数変形し答えを求め、これを機械的に逆ラプラス変換することで、時間軸の解が求まります。
授業でこの応用に衝撃。 微積分の式を解くとき、初期条件がどうのこうの、読んでも解るような解らないようなむずむず感が高かったし、解法がわかっている形の変数分離系に直すとかノウハウ勉強面倒。(電子工学のテキストの説明を意地悪く読むと、最終結果論がこうなるのが正しいので初期条件はこのようにするというごまかしがあるようで、気持ち悪い)。
このS領域というできる子との出会いの時の衝撃から、回路解析演習の授業で、過渡解析の単元でも、ひねくれものはその教科ではまだ出てこないラプラス変換を利用してた。ある問題でテキストの微分方程式による解法の結果が、自分でラプラス変換で解いたものと違う。
正誤判定のために、対称定数を代入した場合対称回路は対称動作するはずなのに、この解答ではシンプルな単調減衰動作が出てこないので当番が板書中に、先生にクレーム。
左右対称解が出てこないのは”物理的におかしい”という説明で納得してもらった。
まあ、微積分法のどこがおかしいという間違いの指摘ができなかったのが当時の自分の限界でした。
(今ならわかる。初期条件の定常電流の向きと、スイッチ切り替えた後の過渡解析中の電流の向きが一部異なるので、符号を変えて式をたてなければいけない。
本屋の流通版直っているけど、符号を変える理由のとってつけたような説明直観的では無いなぁ。
実は受動素子(抵抗、コイル、コンデンサと電源だけ)の過渡解析という電子工学の基本が教科書読んでも納得できず、落ちこぼれるのではないか?という危機感があった
教科書の似た問題からわけもわからず引用するというのは、電子工学専攻を目指すものとして許しがたい。
それが、ラプラス変換という道具を使うことで、迷いなく解くことができたので、すごく安堵したという背景がありました。
必須科目でも数学の定理を証明するなんていうのは、自分の人生でありえない想定なので、教科書を覚えるというのでも、精神的な抵抗は少ないけど(でも暗記は拒否するので、成績よくない...)
さて、後日談。 教科書の誤り指摘されたので、先生は、全問題を、ラプラス変換で解いてレポート出させるという課題を、単位認定の試験の変わりに学生に科す。 なんとまあ、ほどなくして教科書の演習問題のラプラス変換利用版の書籍が、書店にならぶ。まあ手元においてラプラス変換の変換表および応用の手引書として愛用しています。
(2019.1.6)悲しいお話追記
ラプラス変換に興味があるという人がいたので、学生の必須単位取得のための血と汗と涙の結晶のこの本を紹介する。なんと絶版らしい( ;∀;) チラ見のアマゾンで5000円くらいの売値なので、学生相手にぼったくり価格やったんやなぁと思ったんだけど、実は絶版で入手難なので、中古本すら高騰しているらしい(状態の良い新古相当で3万円とは(*_*))。ラプラス変換を電子工学利用するのに良い本やったとおもうんや。他に推薦する本無いか手持ち探したけど、工業数学の授業用教科書(理論の証明とか)の本はあるけど、応用きくものは、手元にはなかった。
数年前ホームページ作るときに新版の確認するのに姫路の書店で見たので、購入して送るか、いらんといわれたらアマゾンに売るというのも期待してもう一度見に行ったらなかった(見たのはつぶれた本屋の方かな?)。手持ちの本は便利なので手放しません。悪しからず
>力になれずすまん、興味を持った人(いま)使うわけじゃないから貸すくらいなら考える。
ヤフー知恵袋で、回答書いている間に、解決になってしまったので、書けなかったこと。
---------------質問--------------------
Q.販売されている抵抗やコンデンサにはE6系、E12系、E24系などがありますが、単位は何でしょうか。
例1)E6系 コンデンサ 1.5
例2)E12系 抵抗 1.8
知っている方、よろしくお願いしますm(_ _)m
---------------ワイの回答------------------
A.たとえば、E6シリーズって、1~10の間を6ケに分割して、ラインナップを作っています。
10^(n/6) (n=1..5)を電卓でたたいてみましょう。 もちろん他のシリーズも同様。
ただし、それに近い適当な有効数字になっています。誤差が大きいけど、有効数字それが気持ちいいという数字もところどころ混じっています。
単位は、暗黙の了解があるかな? セラミックコンデンサだと、pFが基本で、1.5と書いてあったら、1.5pFでしょう。10^(1/6)≒1.47を丸めて1.5pF。
抵抗だとΩやね。Mと書いてあったら、メガΩだけど。1.8と書いてあると1.8Ωやね。
10^(3/12)≒1.7→規格:1.8
-----------------補足解説---------------------
10^(1/n)になっている説明ほとんど見たことないので、しょっと紹介したかったんだけど。
ちなみに、ホームページにすでに関連頁あります。 そのページの参照示していたら、質問主さんに見てもらえたんだけどねぇ
----ちょっとぐち-------
ヤフーから(知恵袋関連)連絡メイルが入っているのは気が付いたけど、こっちの回答書いていたら、この質問間に合わず終了されてしまった。 さらに、メイルは、ベストアンサーに選ばれたと書いてあったんだけど、リスト見てもどれ褒められたのか見当たらない。 結論は、質問自体が、削除されてなかったことになっている..だったら、変な解決方法とらないで、単に質問終了でよくないか?(RSフリップフロップを改造してDフリップフロップを作りたいという質問で、提示回路案は、Dラッチになっているので、フリップフロップとラッチの違いの説明したあと、論理的には、負論理Dラッチと、正論理ラッチをつなげれば、Dフリップフロップ同等にはなるえど、理論としては正しいが、実ロジックとしては、クロック切り替わり目の誤動作対策とか、現実回路はいろいろ細工必要と、wiki記載回路をもとに説明したものでした。
閲覧者様一人に受けたんやけど、質問主さんとかには知らんぷりされた..赤字はここへの編集時の加筆部分。
論理的な解説するつもりならホームページに記載するけど、読み物なのでここに記す。
まあ、まっとうな話は、別の回答者さんの紹介したものでもよい。絵をかいて説明する気力はわかないなぁ
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手始めに、算数の問題やで。
会場入りくちに、開場前に200人並んでました。後毎分10人入場希望者が新たに並びます。
改札を1つ開いて、処理をすると、全員が入場して待ち時間0になるまで20分かかりました。
待たせると悪いので、翌日改札2つ開けることにしました。 開場後、何分で待ち行列を処理できますか?
この問題、夜更かしとか、何かの試験の後の、疲れたときでも、暗算で計算できるかな?高校生君には関係ないけど社会人になると二日酔いとかいろんな体調不良あるんやで
できる人は、キルヒホッフの法則なんて難しい名前覚えなくても、直感的に問題とけるんやで。でも、どんな身体状況でも、安定して問題解くためには、変数を適当に選んで、キルヒホップの法則に示される連立方程式を立てて、問題を解くんやで。逆にいうと連立方程式の立て方の分り易い手引き書というのが、キルヒホッフの法則なんやで。
そうすると、頭のさえてないときでも、いや、悪い表現すると馬鹿でも、難しい問題でも、安定して、解くことができるんや。
第一法則は、電流が増減しないという原則や。水道でも、流れ込むものは、同量流れ出すのがきまりや。そうしないと、水道管の圧力が上がって破裂するか、逆に空っぽになって外圧で押しつぶされるんやで。
借りたもんは、返すのが、常識なんや。エネルギー保存の法則ってしってるか?かってに増えたり減ったりしないのが、世の中の決まりなんや。
電流に変数を決めるのが最初なんやけど、一本の線路に一つの電流を割り当てるんや。その一本の線の中では増減せんから変数一つや。
分岐・合流の点では、勝手に名前方向決めた変数の電流が足して、0になるというものや。そこに流れるのと、流れ出すのを、それぞれ決めた流れる方向に合わせて+と-に勝手に決めればええんやで。方程式解いた結果、決めた方向と実電流の向き違ったら、解が負になって勘違いして式たてたのがわかるんやで。
変数決めるときに、同一線上は、同じ変数というのと、回路の全線路の電流に名前を付けることが重要なんやで。忘れた線路の電流があると、連立方程式の変数より式の数がたりなくなって、解けないことになるんや。この時、たとえばT字型の交点があったら、I1+I2+I3=0のような式を立てて、まとめて言ってもよいし、一本の電流を、I1=-(I2+I3)と考えて、式を一つ消して式をたてていってもよいんやで。I1を残すかI2やi3を残すべきなのか、自由に選んで問題ないんや。機械的に方程式を解いていくだけど、ちょっと手間がかかるか、暗算でぱっと閃いてとけるか、程度の問題なんやから、うじうじ考えるよりは、手を動かせばええんやで。
繰り返しいうけど、同一線路上は、同じ変数電流という決まりさえ守れば、各接続点への入力電流と出力電流(向きは先の説明通り、好きなように選んでええんやで)が等しいという式さえ作っていけばええんや。
あと、オームさんが、電流と抵抗値が決まれば、その両端の電圧計算できるの教えてくれてるやろ。電池も、抵抗も、(交流インピーダンスを覚えていたら、コンデンサやコイルも)、同様にその両端の電圧が定められていたり計算できるんや。もちろん先の変数電流使って電圧が変数のままで問題ないんやで。
勝手に決めた一回りの閉じた線路の、電池や、部品の両端の電圧(勝手に決めた電流の流れる向きで、どっちがプラスかマイナスかきちんと考えるんやで:方程式解いて電流がマイナスになってたら電圧のかかる方向が実際は逆やっと、誰でも後でわかるんや)。
念のため。電池みたいな能動的な部品は、プラス電極(プラス電位)から流れ出した電流が、外部をとおって、マイナス電極(マイナス電位)へ、還ってくるんやけど、抵抗君のような受動素子は、電流の流れ込むところがプラス電位で、電流の流れ出す方がマイナス電位なんやで。
一巡電圧ゼロになる式をたてるときに、電流が流れて発生する抵抗部品のような受動的な(電圧降下)と、電池のような能動的な(起電力)を区別して、電圧の±きめんとあかんのやで。きいつけや。
需要と供給がいっちしないと、市場(閉回路)は商品(電圧)あまってデフレになるかもしれんし、逆に商品足りないと価格暴騰インフレになるんや。そんな社会いややろ?
だから一回りの電圧は、変数電流という未知数があってもトータルゼロになる必要があるんや。
逆に言うと、インフレデフレ起こさない変数電流の値を求めるといのが、方程式を解くということなんやで。
これが第二法則の意味なんや。
貧乏で借金まみれも悲しいけど、強欲じじいとか陰口たたかれながら電圧ため込むのはあかんで。電圧ためこむとスタンガンで悪さしようと考えていると疑われたら困るやろ?貸し借りなしの健全生活を目指すんや。
さあ、最初の定義なんて、どこをどう選んでも、連立方程式を解く作業が勝手に、つじつま合わせてくれるんやから、一巡電圧が0になるというのと、同一ノードに電流は滞留しない(出る物と入るものは同じ)で、同一線路上の電流は同じという原則、すべての線路に、独立変数でも、変数の和でもいいから式さえたてられれば、後は、算数の知識が解を求めてくれるんや。
どこの電流を(独立)変数として、どこを従属変数として(複数の独立変数の和や差)で表すか、あるいは、どの電流をどっち方向と最初に決めるのか、センスが問われるのはここやけど、解を求めれば、後から計算できるから、最初はどっちでもいいから数をこなして、センスを磨くんや。
そうそう。解きっぱなしじゃ進歩せぇへんのやで。もし、電流変数が解いて負になったら、なんで、こっちの向きに電流ながれるんやろうと、まず考えてみるんや。なるほどとわかったら、次問題解くとき、どっちむき電流定義すると素直に解けるか、だんだんセンスが磨かれるんや。
また、方程式解く段階で、変形等面倒な式だと思ったら、今度は、他の電流定義を考えて、もう一度、解いてみるんやで。どっちの電流定義の方が、楽に解けるか、それも、センスを磨くことになるから、重要なんやで。
せやせや、電源の極性といえばついでに。アナログテスター知ってるやろか?回路計と呼ばれるものやけど、中身は基本的に電流計なんや。分流抵抗つけて、そっちに流れる電流と電流計に流れる電流を見かけ上足し算(メモリの数値書き換え)していろんな電流が測れるんや。
電圧計モードは、既知の値の内部直列抵抗つないで、いくらその抵抗に電流流れるか測り、だから電流いくらは電圧いくらだったんだとメモリ数値また書き換えて電圧を求めるもんなんや。
本題は、抵抗計なんやけど、内蔵電池をつかって、プラスとマイナステスター棒の間にある電圧をかけて、その電圧でいくら電流流れるかから、R=V/Iと電流値の逆数のメモリに振りなおして、抵抗値を読み取るんやで。抵抗の時のめもりだけ等間隔じゃないのは、逆数にメモリをふったからなんやで。電流計が、赤のプラス端子から、黒のマイナス端子に抜ける電流をなかるのが、基本やから、一番素直な回路は、電池のプラス側を、テスターの黒いマイナス端子につなげて、この黒の電圧から、抵抗をつないで、赤いテスター棒に電流流して、抵抗値を算出するんや。取説ちゃんと読むんやで。
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