2021年04月の記事
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ダニエル電池の電極間距離を離すとモーターは遅くなる＝電圧降下
先日の講義実験でダニエル電池を実験しているとき素焼き容器中の銅板をそのまま動かさず、ビーカー中の亜鉛板を遠ざけるとモーターの回転が遅くなり、亜鉛板を素焼き容器に近づけるとモーターの回転が速くなりました。モーターを外して、起電力をテスターではかると亜鉛板を動かしても起電力は変わりません。しかし、モーターをつなぐと起電力に変化が出ます。どうしたことでしょう！？<電流が大きくなると電池は電圧が低下する>起電力（理論上の電圧） 2V のある電池に、5.0Ω の抵抗器をつなげると 0.2A の電流しか流れなかったりします。オームの法則 V = RI から考えると (2V ÷ 5Ω =) 0.4A の電流が流れるはず。0.2A しか流れてないのでこの電池の実質的な電圧は (0.2A × 5Ω =) 1V になっています。<原因は電池の内部抵抗>この電池の性能低下は、電池の内部に抵抗がある、とみなすと説明ができます。この抵抗を内部抵抗といいます。<ダニエル電池で極板を離すと内部抵抗は大きくなる>電池の極板は電解質溶液で隔てられています。電解質溶液の抵抗値は極板間の距離が離れると大きくなります。V(測定電圧地)＝E(起電力)-r(内部抵抗)ｘI(電流) を考えると極板間の距離が離れるとr(内部抵抗)が増える。したがって、電圧降下ｒIの値が増えます。こんなことからどんな電池でも、正極・負極の電極間距離を短くする工夫がなされています。
2021.04.26
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ラズベリーパイPICOで「ものさし」を作る…vl53l0センサー
先に、ラズパイpicoで気象観測ツールを作りました。ラズベリーパイPICOで温度・湿度・気圧を…⑥データを保存する(①‐⑥)→2021/4/19ブログ同じように、I2Cにレーザー測距センサーvl53l0x(Amazonで999円)をつないいで、ものさしを作りました。写真上は気象観測ツール。写真下が「ものさし」です。ケースは2mm厚のアクリル板で作り、気象観測ツールと同じサイズにしてあります。表示はOLEDのSSD1306(128x64)です。数値とバーグラフで表示して、50cmを超えると「unable over50cm」と表示されるようにしました。測距にはvl53l0xという、レーザー測距センサーを使っています。このセンサーは小さなものですが、長距離のセンシングには対応していません。配線は以下です。I2Cはプルアップ抵抗が必要となっていますが、抵抗なしで作りました。いまのところ、問題なさそうです。以下、配線です。以下、MicroPythonのコーディングです。「動けばいいや」で作ったものですので、荒っぽさはご容赦ください。(1)main.py ； PICO内のルートに入れてあります。############################################################### SSD1306 OLED Display, vl53l0x I2C Tests with the Raspberry Pi Pico# modeified 2021/4/12 by cyn# original# https://github.com/raspberrypi/pico-micropython-examples/tree/master/i2c/1306oled###################################################################from machine import Pin, I2Cimport framebuf,sys,time,utime,machinefrom ssd1306 import SSD1306_I2Cfrom vl53l0x import VL53L0X pix_res_x = 128 # SSD1306 horizontal resolutionpix_res_y = 32 # SSD1306 vertical resolution # start I2C on I2C0 (GPIO 0/1)i2c_dev = I2C(0,scl=Pin(1),sda=Pin(0),freq=400000) # get I2C address in hex formati2c_addr = [hex(ii) for ii in i2c_dev.scan()] # oled controlleri2c = I2C(0,sda=Pin(0), scl=Pin(1), freq=400000) #clearOLEDoled.fill(0)oled = SSD1306_I2C(pix_res_x, pix_res_y, i2c_dev) i2c = I2C(id=id, sda=sda, scl=scl) # Create a VL53L0X object------------------------------tof = VL53L0X(i2c) # Pre: 12 to 18 (initialized to 14 by default)# Final: 8 to 14 (initialized to 10 by default) # the measuting_timing_budget is a value in ms, the longer the budget, the more accurate the reading. budget = tof.measurement_timing_budget_usprint("Budget was:", budget)tof.set_measurement_timing_budget(40000) # Sets the VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) pulse period for the # given period type (VL53L0X::VcselPeriodPreRange or VL53L0X::VcselPeriodFinalRange) # to the given value (in PCLKs). Longer periods increase the potential range of the sensor. # Valid values are (even numbers only): # tof.set_Vcsel_pulse_period(tof.vcsel_period_type[0], 18)tof.set_Vcsel_pulse_period(tof.vcsel_period_type[0], 12) # tof.set_Vcsel_pulse_period(tof.vcsel_period_type[1], 14)tof.set_Vcsel_pulse_period(tof.vcsel_period_type[1], 8)#-------------------------------------------------------------------while True:# Start ranging distance = (tof.ping()-10)/10 oled.fill(0) #can not measure over 50cm if distance > 50: oled.fill(0) oled.text("unable over50cm",0,10) oled.show() else: #oled write distance oled.text(str(distance)+"cm",30,10)#oled write bar graph for i in range(distance/5): oled.text("=",i*8,20) #oled show oled.show() utime.sleep(0.5)(2)OLEDと測距センサー用コントロールプログラム ； pico内の"/lib"に入れておきます。 ①ssd1306.py githubから検索してとりました。 https://github.com/raspberrypi/pico-micropython-examples/tree/master/i2c/1306oled ②vl5310.py githubから検索してとりました。 https://github.com/kevinmcaleer/vl53lx0/blob/master/vl53l0x.py絶対値の測定精度はよくありません。 distance = (tof.ping()-10)/10でー10(10mm)の補正を入れてありますが、それでも数ｍmの誤差があります。
2021.04.25
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講義実験で「イオン化傾向と電池」を行いました＝結果の記録
講義実験(演示)で「イオン化傾向と電池」を行います→2021/4/17ブログで準備していた、講義実験（演示）を1クラス終えました。結果を記録しておきます。①イオン化傾向と電位差プリントのAl(アルミニウム)はMg(マグネシウム)に変えました。電位差は【結果1】です。テスター(レンジ3ｖ)ではかりました。電位差の大きさで、金属を並べるとMg>Zn>Fe>Cuとなって、イオン化列と同じになりました。②ボルタ電池鉛蓄電池でも使う予定の3mol/L希硫酸を使いました。以降、使うビーカーは100mLです。0.1mol/L希塩酸では、いくら何でも変化が見にくい（笑）。発生した水素がよく視認できます。泡が割れて、硫酸ミストが出るので、確認後、亜鉛板はすぐ取り出します。「亜鉛板と銅板を希硫酸中でつけると、これまで銅板上から水素が出なかったのに激しく水素が出た」「電子が亜鉛板から銅板に広がっていることをイメージして」「このままでは、動いている電子は何も仕事しない」「では導線を上につないで、途中にモーターをつないで電子に仕事させよう」こんな、展開をしています。起電力はモーターを付けない(無負荷)で0.95Vでした。③ダニエル電池ダニエル電池用素焼き容器;量産できました→2020/3/25ブログで作った素焼き容器を使います。モーターを回したのち、無負荷で起電力をはかります。起電力は1.1Vでした。③鉛蓄電池鉛板2枚を接触しないように3mol/L希硫酸につけます。そのままモーターにつないでも動かないことを見てもらった後、ハンドジェネレーターの＋を鉛板が茶色になっているほう（酸化鉛Ⅳ）につなぎ、-を鉛板が灰色の方につないで充電します。モーターにつなぎ変えると、激しくモーターが回ります。すぐ止まるので、再度充電。これを繰り返して、充電・放電をわかってもらいます。起電力(無負荷)で2.0Vでした。コロナ下の不自由な演示実験でしたが、「化学はモノを相手にする」ともかく見てほしくて実施しました。
2021.04.21
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ラズベリーパイPICOで温度・湿度・気圧を…⑥データを保存する
ラズベリーパイPICOで小さな温度・湿度・気圧の測定器を作りました。ラズベリーパイPICOで温度・湿度・気圧を…⑤ケース製作と収納→2021/3/30ブログプログラムを改変して得られたデータを測定器内に記録できるようにしました。データの取り込みをSUB化すればもっとすっきりしたものになると思いますが、とりあえず動けばいいや、という感じで作りました。(1)pico内の不揮発性メモリーにcsv形式"temp_humi_Pres.csv"で測定値を記録するようにプログラムを変えました。書き換え・追加部分は と 。 記録モードへの切り替えは、プログラム内の 部分で変更する①log = 0でOLED表示・記録なし、log = 1でOLED消灯・記録②date_time = "yy/mm/dd hh:mm:ss"に日時を入れておく (pico内にリアルタイムクロックがないので）③記録時間は秒単位でLOGt = 3600、間隔はLOGi = 30に入れておく (例)測定時間3600秒、間隔30秒④データは temp_humi_Pres.csvにappendされる⑤ファイルが削除されていても新たに作られる ＜改変したプログラムは以下です＞############### SSD1306 OLED Display BMP280 I2C Tests with the Raspberry Pi Pico# modeified 2021/3/25 by cyn# modeified Data logging "temp_humi_Pres.csv" 2021/4/17 by cyn# original# https://github.com/raspberrypi/pico-micropython-examples/tree/master/i2c/1306oled###############from machine import Pin, I2Cfrom ssd1306 import SSD1306_I2Cimport framebuf,sys,time,utime,machinefrom bme280 import BME280pix_res_x = 128 # SSD1306 horizontal resolutionpix_res_y = 32 # SSD1306 vertical resolutioni2c_dev = I2C(0,scl=Pin(1),sda=Pin(0),freq=400000) # start I2C on I2C0 (GPIO 0/1)i2c_addr = [hex(ii) for ii in i2c_dev.scan()] # get I2C address in hex formati2c = I2C(0,sda=Pin(0), scl=Pin(1), freq=400000)oled = SSD1306_I2C(pix_res_x, pix_res_y, i2c_dev) # oled controlleroled.fill(0)led = Pin(25, Pin.OUT)# ========================# For data logging# log=0 show OLED log=1 Logging onlylog = 0date_time = "yy/mm/dd hh:mm:ss"# Data logging time in secondsLOGt = 3600# Data logging interbal in secondsLOGi = 30# ========================i = 0bme = BME280(i2c = i2c)while log < 1:# Display Mode :OLED display on & LED off------------------ led.value(0) # No logging but show OLED t, p, h = bme.read_compensated_data() p = p // 256 pi = p // 100 pd = p - pi * 100 hi = h // 1024 hd = h * 100 // 1024 - hi * 100 #add some text oled.fill(0) oled.text("Humi: . %",0,20) oled.text("Temp: C",0,0) oled.text(str(t/100),48,0) oled.text("Press: hP",0,10) oled.text(str(pi),48,10) oled.text(str(hi),48,20) oled.text(str(hd),70,20) #oled show oled.show() utime.sleep(2) # wait 2sec# Logging Mode :OLED display off & LED on-----------else: # Opens a file for writing only and will create a new file tpfile=open("temp_humi_Pres.csv","a") tpfile.write(date_time + "\n") #LOGt(Logging time),LOGi(Logging interbal) in second tpfile.write("LOGtime:"+str(LOGt)+" LOGinterbal:"+str(LOGi)+" [sec]"+"\n") tpfile.write("No"+","+"temp[C]"+ "," +"humi[%]"+ "," +"press[hP]" + "\n") tpfile.flush() while i < (LOGt/LOGi): led.value(1) # Board led on in logging t, p, h = bme.read_compensated_data() p = p // 256 pi = p // 100 pd = p - pi * 100 hi = h // 1024 hd = h * 100 // 1024 - hi * 100 tpfile.write(str(i)+","+str(t/100)+","+str(hi)+"."+str(hd)+","+str(pi) + "\n") tpfile.flush() time.sleep(LOGi) i += 1 led.value(0) # Board led off＜以上です＞(2)エディターのTHONNYでpico内にできたファイル"temp_humi_Pres.csv"を開きます。内容は以下です。Excelで読み込み、グラフに加工します。内容は12800秒観測、間隔は1分です。うち100件をグラフ化しました。今日はこれまで。
2021.04.19
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講義実験(演示)で「イオン化傾向と電池」を行います
コロナ下の実験はなかなか思い通りにできません。しかし、ものを見てもらわなければ「化学」の授業にはならないと思っているので、思い切って講義(演示)実験を予定しています。授業では、これらの項目にすでに触れています。①イオン化傾向 飽和食塩水上に並べた金属片の電位差をはかります。このようなやり方でもイオン化列の順に電位差が大きくなります。②ボルタ電池 教科書では「参考」として取り上げられますが、やはり触れておきたい。イオン化列と電位差について、亜鉛Znと水素Hから話しながら、硫酸ミストが発生する厄介なボルタ電池を早めに切り上げます。 とはいえ、硫酸中で銅板と亜鉛板を接触させると銅板上が水素H2が発生する様子を見せてから、導線で電子の流れを取り出して仕事させる(モーターを回す)ことをすると生徒の理解が深まります。③ダニエル電池 以前、作った小さな素焼きの容器を使います。ダニエル電池用素焼き容器、焼き上がり、電池を作ってみます→2020/2/21ブログ 起電力を測定、モーターを回してから、亜鉛板Znの代わりにマグネシウムリボンMgを二つ折りにしたものでも、起電力を測定、モーターを回します。起電力はもちろん上がりますし、モーターもよく回ります。④鉛蓄電池 充放電の操作を反応式を書きながら行います。起電力をはかり、モーターも回します。 このご時世ですから、次のような形で1. 実験室で行いますが、机の消毒、手指の消毒・マスク着用・指名された者以外の発声禁止2. 4人一班で計10班。うち2班の机で私が解説、指示しながら生徒が演示実験します。3. ホワイトボードにカメラで拡大画像を映しながら生徒全体が観察4. 授業終了後、手指の消毒 現在、教室に40人入って授業をしています。密な状態は変わりませんが、実験室は対面着席になるので、会話だけはできるだけ控えさせようと思います。
2021.04.17
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私の市(人口23万)のコロナ感染者を追いかけて1年たちました
以下、4月12日現在わが市発表のコロナ感染者数です。人口23万の東京近郊地方都市です。4月12日現在：陽性者数(累計)…1120人(2月5日；853人)現在の患者数…41人(2月5日；98人) [41人の内訳は以下]入院中…41人(2月5日；33人)宿泊療養（ホテル）…8人(2月5日；22人)自宅療養…4人(2月5日；43人)退院・療養終了...1067人(2月5日；755人)以上がコロナ陽性者の現状(4/12)です。4月の感染者数はわが市内で感染者が出た2021年3月19日以来、市役所発表の人数をずっとフォローしています。以下がそのグラフです。日々の感染者数は灰色の棒グラフ、赤は7日間の移動平均です。(4/15以降の0人は移動平均の結果であり、実データに戻づいたものではありません)幸いなことに3月23日の11人を最高に徐々に落ち着きつつあります。東京に勤務することが多い地方都市にもかかわらず、東京の感染の影響から免れているようです。今後どうなるかわかりませんが、このまま落ち着きを見せてくれればいいかな、と願っています。何しろ、できることといえばマスク着用、外出・3密は避ける、手洗い、くらいしかありませんからねぇそうそう、今年から体温を朝と晩に測るようになりました。多くの生徒に授業しています。自身が感染源にならぬよう意識しています。一方、日本全体ではかなり増えていますね。暖かくなり、活動的に過ごしたいのですが、もう少し辛抱しますね。＜関連＞2021年コロナ感染、やっとピークアウトか(盆暮効果)→2021/2/5ブログコロナ第３波が来ている！？私なりに調べてみた→2020/11/23ブログテレビのコロナ報道はつまんないので自分で…→2020/8/12ブログ我が市のコロナウイルス感染者数_市の発表者数から→23020/5/20ブログ対数グラフで新型コロナ感染者数を見てみると傾向がわかる (3)→2020/4/18ブログ
2021.04.15
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Windows⇄iPad/iPhone ファイルのやり取りをDocumentsで
アップル製品同士ならファイルのやり取りは簡単 iMac、iPhone、iPad間で画像、動画、ファイル(文書や表計算)相互にやり取りするときは「Air Drop」を使って、簡単に高速で行うことができました。 また、画像や動画はiCloudで同期されますから(同じアカウントで使っていることが条件)、iMac、iPhone、iPadどれかで撮影したものなら、すべてのデバイスで利用することができます。同じアップル社の製品ですから、このあたりはよく考えられています。Windows⇄iPad/iPhone間のやり取りは面倒 しかし、WindowsとiMac、iPhone、iPad間の画像、動画、ファイルのやり取りは、手間がかかります。これまで、iPhone、iPadで撮った写真、動画は「Google Photo」、ファイルは「Google Drive」にいったん入れておいて、Windowsのパソコンで取り出し、利用していました。慣れたものの手数がかかり面倒です。Riddle社の「Documents(Wifi Transfer)」を使ってみました iPhomeのカメラを使ったスキャナーをよく使っていますが、同じRiddle社の製品です。iPad/iPhoneにappleのApp Storeから”Documents”をインストールし、使ってみます。iPhoneまたはiPadとコンピュータ間でファイルや写真を転送する方法→Readdle社のアプリ解説上のリンクに詳しい説明が載っています。こちらをみて、お試しください。メリット・特徴は1．インターネットを経由(クラウドを経由しない)せず、Wifiルーター経由なので早い (１Gbyteの動画ファイルは2分くらいで転送)2. iPhone/ipad、Windows、どちらからでも転送可能3. 使うアプリはDocumentの1つだけ iPhone/ipad側で「Documents」を起動、Windows側はブラウザから"https://docstransfer.com"を入力４. ファイル転送を安全に行うため、接続の都度発行されるパスコード=数字4桁をWindows側で行う５．無料のアプリだが内蔵する他の機能では課金されるものがある
2021.04.10
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桜…また来年ね
今日は二十四節季の「清明」。草木がいっせいにめぶき、花が咲く時期です。もうすぐ、新学期。とはいえ、関東ではそろそろ葉桜です。入学式前に桜が散ってしまいそうです。写真は2021年3月26日の川口市竜泉寺の桜太い幹から、桜花がでてます。以下は2021年3月31日の春日部市古利根川堤の桜良い天気でしたが、三密を避けて静かに散歩する家族が多いのが今年の印象でした。毎年、しっかり咲いてくれていて4月のスタートを励ましてくれます。
2021.04.04
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2年理系一学期授業内容ーマインドマップ風
そろそろ新学期が始まります。1学期の授業内容を考えましたので、マインドマップ風にまとめました。暫定的な予定です。最初の授業で、「学習の進め方」とともに生徒に配布しようと思います。
2021.04.03
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