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学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
１．目的
高電圧工学は大電力発送電など電力基幹技術としてだけでなく、電磁エネルギーを利用した荷電粒子ビーム発生、レーザやＸ線の発生など大電力機器の基盤技術であり、近年ではマイクロデバイス内での絶縁破壊やプラズマテレビなど光源開発にとっても重要な工学技術の一つである。これらの先端的研究機器、広範な工業生産分野への応用にとって基礎となる高電圧と放電技術の修得を目的とする。
２．概要
「電磁気学」で学んだことを基にして、絶縁破壊から放電現象の基礎、雷の発生からインパルス電圧による過渡放電現象など高電圧工学に関する基礎過程を理解し、種々の応用技術について学ぶ。
３．達成目標等
この授業では主に以下のような能力を修得することを目標とする。
・放電過程を理解し、絶縁破壊時に起こる現象を認識する。
・種々の高電圧・大電流機器を安全に運転するために、絶縁方法や計測方法を理解する。
・様々な高電圧応用について、機器の動作原理、構成、特徴などの理解を図る。
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1.Purpose
The high-voltage engineering is one of the key technologies in electric engineering, applying in high-power electric transmission, charged particle beams, laser and X-ray sources. This lecture aims to obtain the basis of high-voltage thechnology and discharge phenomena, and to introduce broad industrial productions and applications in these days.
2.Outline
Students are expected to understand basic processes in high-voltage phenomena including several discharges in gas, liquid and solid state. Occurrence of thunder and breakdown in insulation are introduced in the lecture. Various applicationsusing high-voltage technology are also presented.
3.Target of the lecture
To acquire the following ability mainly at this lecture.
(a)To understand basics of discharge processes and to learn various phenomena during breakdown in insulation.
(b)To understand diagnostics and insulation methods to drive various high voltage equipment safely.
(c)To learn varios appliations utilizing the high-voltage thechnology, principles, compositions and features about various equipments.
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１．目的
自然科学の神髄・醍醐味は、自然(電磁気現象，物質材料，生命)に潜む素晴らしい仕組みを、驚きと感動をもって解明することにある。こうした「自然の驚異の発見」はまだ始まったに過ぎず、依然、未知な現象は数限りない。そのため、新しい計測法・高精度な計測法が求められ、オリジナルな発見はオリジナルな実験装置によってこそ生まれる．
本講義では、自然科学や工学技術の礎である電気計測（測定）技術について、これに関する広範な事項をその本質から理解し修得することを目的とする。
２．概要
上記の目的のために必要な最小の事項に関して講義し、計測の原理や体系を理解する。
３．達成目標等
個々の計測機器に関する知識の習得よりも、それらの原理の本質を理解することを目標とし、「計測は自然科学の礎」であることを理解する。
Natural science is a discipline that explores universal laws governing various kinds of natural phenomena in electromagnetic phenomena, materials, and life. This course introduces current various states of electric measurement so that the students can deepen their understanding of the complex structure of the natural world.
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この科目ではClassroomを使用して講義資料と講義情報を発信します。
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１．目的
電力は現代社会を支える重要なエネルギー形態である。この授業では，このような役割を持つ電力を安定かつ高信頼度で輸送するための現在の電力輸送技術と大規模電力系統について，機器や設備というハード面と，それらの制御・運用するソフト面の両面から理解を深める。
２．概要
電力系統の基本構成と電力産業の特徴を概観した後，交流送電の基礎と送変電設備およびその電気的特性，周波数・電圧と有効・無効電力の関係に代表される電力ネットワークの特性を理解する。さらにその特性に基づいた電力系統の安定度，制御・運用，信頼度について学ぶ。
３．達成目標等
この授業では，主に以下の能力を習得することを目標とする。
・送変電設備の動作原理，およびその電気的特性を理解し，基本的な電力システムモデルを作成・解析することができる。
・有効電力と無効電力の違いとそれぞれの制御原理を理解し，説明することができる。
・電力システムの全体像を理解し，それらの社会における役割を説明することができる。
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1. Object
Electric power is an important form of energy for sustaining the modern society. The purpose of this class is to deepen the understanding of large‐scale electric power system and current power transmission technology for high-reliability and highly stable power transmission from both aspects of the hardware part such as equipment and facility and the softare part such as operation and control.
2. Summary
First, this class starts with an overview of the basic configuration of electric power system and the characteristics of power generation industry. Next, students understand the basic theory of AC power transmission, the electric characteristics of power transmission and distribution equipments, and the characteristics of electric power network such as the relationship among frequency, voltage, active power, and reactive power. Then, students learn the reliability, stability, control, and operation of the electric power system based on their characteristics.
3. Goal
This class is targeting to learn the following abilities:
・To understand the operation principle of power transmission and distribution equipments and its electric characteristics, and analyze a basic model of electric power system
・To understand and describe the difference between active power and reactive power and its control principle
・To understand a whole image of electric power system and describe the role of electric power system in society
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１．目的
自然科学の神髄・醍醐味は，自然(電磁気現象，物質材料，生命)に潜む素晴らしい仕組みを，驚きと感動をもって解明することにある．こうした「自然の驚異の発見」は，まだ始まったに過ぎず，依然，未知な現象は数限りない．そのため，新しい計測法・高精度な計測法が求められ，オリジナルな発見は，オリジナルな実験装置によってこそ生まれる．
本講義では，大学の電気・通信・電子・情報工学で必要不可欠な電気計測技術に関する広範な事項を，その本質から理解し修得することを目的とする．
２．概要
上記の目的のために必要な最小の事項に関して講義する．
３．達成目標等
個々の計測機器に関する知識の習得よりも，それらの原理の本質を理解することを目標とし，「計測は自然科学の礎」であることを理解する。
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Natural science is a discipline that explores universal laws governing various kinds of natural phenomena in electromagnetic phenomena, materials, and life. This course introduces current various states of electric measurement so that the students can deepen their understanding of the complex structure of the natural world.
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学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
１．目的
自然科学の神髄・醍醐味は，自然(電磁気現象，物質材料，生命)に潜む素晴らしい仕組みを，驚きと感動をもって解明することにある．こうした「自然の驚異の発見」は，まだ始まったに過ぎず，依然，未知な現象は数限りない．そのため，新しい計測法・高精度な計測法が求められ，オリジナルな発見は，オリジナルな実験装置によってこそ生まれる．
本講義では，大学の電気・通信・電子・情報工学で必要不可欠な電気計測技術に関する広範な事項を，その本質から理解し修得することを目的とする．
２．概要
上記の目的のために必要な最小の事項に関して講義する．
３．達成目標等
個々の計測機器に関する知識の習得よりも，それらの原理の本質を理解することを目標とし，「計測は自然科学の礎」であることを理解する。
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（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。
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電力を安定かつ高信頼度で輸送するための電力システムの運用と制御に関する基礎と電力システムの基礎解析手法を講義する。
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Learning of fundamentals of power system operation and control, power system dynamics and stability, and related analysis methods
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本授業の目的は，空力応用や材料プロセスといった産業分野にみられる複雑な流体運動の本質を見抜き，予測できる直観力，そしてその制御法を設計するための基盤知識も会得することである。流体力学の定理や支配方程式といった数学的記述のみならず，実験研究による可視化画像や観察動画，および理論に裏付けられたシミュレーションによるコンピュータグラフィックスアニメーションを用いて，流体の自然な振舞いを理解し，その物理に対する洞察力を磨くことで，目的の達成に臨む。また，身近な流体にとどまらず，雷に代表されるプラズマ流体（超高温の電離気体）の特性について学ぶことで自然界への見識を広げ，それらの応用技術の知識も得ることによって新しい流体工学が果たす社会貢献についての理解を深める。これらの一連の内容を英語で聴き，議論しながら課題に取り組む経験を通して，国際舞台で活動するためのコミュニケーション能力の研鑽も兼ねた土台形成も図る。
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The purposes are for students to develop the intuition to understand the nature of flow and predict the complex fluid motions, which appear in various industries such as aerodynamic applications and material processes, and also to acquire the basic knowledge to design the control methods. Through studying Fluid Dynamics with not only the mathematical descriptions of theorems and governing equations but also visualized images and observation videos in experiments and computer graphic animations of simulations based on theories, students improve their abilities to discuss the natural behavior of fluid and develop their insights into physics of fluid for achieving those purposes. By learning not only about normal fluids but also about plasma fluids (very high-temperature ionized gases), such as lightning, students will broaden the insight into the nature and deepen the understanding of the contributions that new fluid mechanics can make to society by acquiring knowledge of their applied technologies. Simultaneously, this course aims to polish communication skills and to build the foundations for students to play important roles on the global stage through their experiences of listening to the lectures and having discussions to solve the problems in English.
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本講義は，機能性流体におけるプラズマ流と電磁応答流体の基礎と応用について講義する．
プラズマ流は，熱，光，圧力，化学種，荷電粒子，電界など，様々な刺激を生体に与える。この作用を利用したプラズマ医療工学の基礎と応用を，流体工学，プラズマ工学，生体工学の各視点から論じる。また，輸送現象，プラズマ生成現象，生体反応現象について，流体計測法，プラズマ計測法，生体反応計測法といった計測手法と共に講義し，各現象の相互作用について理解する。また，プラズマ医療工学を通して，人類が直面する健康問題の現状と将来についてや生命とプラズマの関わりについて考える．
また，特異な物性をもつ熱プラズマと呼ばれる１万度を超える高温の流体の基礎的な物理を学習し，アーク溶接・プラズマ溶射・ナノ粒子大量生成プロセスといった熱プラズマ応用プロセスについての知識を得ることを通して，流体・熱・物質輸送の種々の現象が重畳する工学プロセスを理解・設計できる素地を養う．
さらに，電磁場下で機能性を発現する電磁応答流体である磁性流体，MR流体，ER流体，イオン液体について，それら流体の機能性発現機構を物理化学的立場から理解し，それらの機能性を利用した工学的先進応用として環境・エネルギー応用および航空宇宙応用を中心に概説する．
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This lecture gives a lecture on plasma flow and electromagnetical response fluids in functional fluids.
Plasma flow is capable of generating heat, light, pressure, chemical species, charged particles and electric field and can stimulate cells/tissues. This course includes phenomena of transport, plasma generation and biological responses for plasma medicine and those measurement methods. Finally, we discuss about present and future of human healthcare and how we control diseases such as pandemic infection through plasma medicine, and we also discuss about relationships between living things and plasma.
The fundamental physics of thermal plasma which is high-temperature fluid over 10,000 K with unique properties is discussed as well. The widely ranging knowledges of thermal plasma applications such as arc welding, plasma spraying, and nanoparticle mass-production are given. Those contents support to gain the abilities of understanding and designing various engineering processes with fluid, heat and mass transfers.
Furthermore, this lecture offers fundamental knowledge on electro-magnetic filed responsive fluids such as magnetic fluid, magneto-rheological (MR) / electro-rheological (ER) fluid, or ionic liquid to understand the mechanism of exhibiting their functionalities under electro-magnetic field from the physico-chemical point of view. The cutting-edge industrial applications of these electro-magentic field responsive fluids will be provided especially in the field of environmental, energy and aerospace engineering.
光と物質の相互作用において、光の強度が十分に弱い場合、物質の光に対する応答は、光強度には依存しない。太陽光や蛍光灯の下での物質の色や光沢は、このような「線形応答」の枠内で理解できる。しかし、レーザー光のようなの高い電場強度をもつ光に対しては、光電場の二次以上に比例する分極の効果が現れる。本講義では、非線形吸収や高調波発生(第二高調波発生、光整流)などの非線形光学効果の基本的な事項について学習する。さらに、近年のアト秒科学（2023年度ノーベル物理学賞）に至る超短パルスレーザー技術の発展は、光のエネルギーによって物質の温度が上昇する（あるいは熱によって物質は損傷する）遥か以前に、物質に強電場を印加することを可能にした。こうした最先端の光技術によって実現した、”非熱意的な”高エネルギー状態は、物質科学の研究を新たなフェーズに移行させつつある。ここでは、量子物質（超伝導体などの電子の量子効果や量子多体効果が支配する物質）の光・テラヘルツ制御（光誘起相転移、高次高調波発生、光強電場効果）についても紹介する。
In light-matter interactions, the response of a material to light is independent of light intensity if the light intensity is weak. The color and gloss of materials under the sun can be understood within the framework of such a 'linear response'. However, for light with a high electric field intensity, such as laser light, light-induced polarizations are proportional to more than the second order of the optical electric field. In this lecture, the basic topics of non-linear optical effects such as non-linear absorption and harmonic generation (second harmonic generation, optical rectification) will be studied. Furthermore, recent developments in ultrashort pulsed laser technology leading to attosecond science (Nobel Prize in Physics 2023) have made it possible to apply a strong electric field to materials before the temperature of the matter is increased by the energy of light (or the materials is damaged by heat). These 'non-thermal' high-energy states, made possible by state-of-the-art light technology, are moving materials science research into a new phase. Here, the optical (or terahertz field) control of quantum matter (photoinduced phase transitions, higher harmonic generation and photo-intense electric field effects) in quantum matter (matter dominated by quantum effects of electrons and quantum many-body effects, such as superconductors) will also be presented.
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モータや発電機，トランスやリアクトル，インバータやコンバータなどに代表されるエネルギー変換制御機器は，効率の良いエネルギーの発生・輸送・変換・利用に不可欠なキーデバイスである。本講義では，各種エネルギー変換制御機器の歴史，基本構成と動作原理，応用例や今後の展開などについて学ぶ。
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Electrical energy conversion and control equipment, including rotating machines, static apparatuses, and converters, are critical components for high-efficiency electrical energy generation, transmission, conversion, and usage. This course explains the history, basic configuration, operating principles, and applications of electrical energy conversion and control equipment.