カテゴリー「化学」の71件の記事

2024年6月25日 (火)

発泡スチロールとポリスチレン

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 発泡スチロールはポリスチレンに発泡剤となるブタンやペンタンなどの炭化水素ガスを混ぜて硬化させた合成樹脂(プラスチック)である。発泡剤によって、発泡スチロールの内部には気泡でできた微細な隙間がたくさんできるため、軽量であり、断熱性、耐衝撃性に優れる。また耐水性にも優れる。

 安価であり、成形も容易であるため、食品包装用のトレー、カップ即席麺の容器、魚介類の保温容器、建築用断熱材、梱包用緩衝材などとして幅広く使われている。

発砲スチロール容器
発砲スチロール容器

 耐熱性を考慮したものもあるが、普通の発泡スチロールは耐熱性が低く、約80℃を超えると柔らかなり変形するため、電子レンジには使えない。数百度で発火し、燃えやすいため火気は厳禁である。完全燃焼すると二酸化炭素と水になるが、通常は不完全燃焼により黒い煤を出しながら燃える。また、酸やアルカリには強いが、有機溶剤には溶ける。かんきつ類から抽出したリモネンに容易に溶ける。

 発泡スチロールは大量に生産・消費されているため、従来からゴミ処理問題に難があったが、最近は熱や溶剤で溶かして再資源化されている。

 発泡スチロールの原料であるポリスチレンは芳香族炭化水素化合物のスチレンをモノマーとして重合させたポリマーである。スチレンはスチロール、ビニルベンゼン、フェニルエチレンと呼ばれることもある。

スチレンとポリスチレン
スチレンとポリスチレン

 一時期、ポリスチレンを重合する際に未反応のスチレンのダイマーやトリマーが内分泌攪乱物質(環境ホルモン)と疑われたが風評被害であった。添加物を加えていない発泡スチロールは無毒である。

 

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2024年1月14日 (日)

図解入門よくわかる最新プラスチックの仕組みとはたらき[第4版]

図解入門よくわかる最新プラスチックの仕組みとはたらき[第4版]

秀和システム 桑嶋幹・木原伸浩・工藤保広

 久しぶりに書籍の紹介です。この本は書籍としては新刊ですが、初版2005年7月、第2版2011年9月、第3版2019年9月と内容が更新され続けています。今回出版されたのは第4版です。

 ここ数年でプラスチックを取り巻く環境は大きく変化しています。プラスチックの自然環境や資源問題への影響が注目され、新たな法整備も進みました。

 この本はプラスチックの基礎(第1章)・合成(第2章)・用途(第3章、第4章)・新技術(第5章)・環境問題(第6章)について最新の情報が網羅されている入門書です。プラスチックの合成方法の解説では難しい化学式を使わずに様々な重合を解説しています。プラスチックの利用や環境問題に関わる統計データも最新のものに更新されています。

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 私たちの身の回りには、日用品や家電品、自動車や飛行機などプラスチックが使われているものがたくさんあります。ところがプラスチックをどうやって作るのかなどその詳細は、あまり知られていません。本書は、プラスチック(合成樹脂)の種類や特性、用途などをやさしく解説した入門書の第4版です。新しく施行された「プラスチック資源循環促進法」やSDGsに対応した、新しい生産・分解技術についての解説を追加しました。


目次

はじめに

第1章 プラスチックとは何か

1-01 プラスチックを探してみよう
1-02 そもそもプラスチックとは
1-03 人類とプラスチックの関わり合い
1-04 プラスチックの発展(合成樹脂の利用)
1-05 プラスチックはどのような物質か
1-06 プラスチックの種類と性質
1-07 プラスチックの見分け方(用途や品質表示)
1-08 プラスチックの見分け方(化学分析)
1-09 広がるプラスチックの利用

第2章プラスチックができるまで

2-01 プラスチックのもと(モノマーとポリマー)
2-02 手をつなぎ変えながら伸びていく重合(付加重合) 
2-03 手をつないで伸びていく重合(縮合重合)
2-04 どうすれば長くなるか
2-05 プラスチックの性質を決める(分子間相互作用の重要性)
2-06 2種類以上のモノマーやポリマーを使う(共重合とポリマーアロイ)
2-07 プラスチックに形を与える(成型)
2-08 熱による成型方法いろいろ
2-09 融けないプラスチックを作る(架橋)
2-10 ゴムとエラストマー
2-11 樹脂
2-12 プラスチックの大部分はプラスチックではない!
2-13 発泡体

第3章 私たちの暮らしとプラスチック

3-01 家庭用品には汎用樹脂が活躍
3-02 文具では用途に合わせて様々な素材が活躍
3-03 家電製品はメンテナンスが少なくてすむ素材が活躍
3-04 包装はプラスチックの最も大きな利用先 
3-05 衣料には適度な強度と肌触りが大事(合成繊維)
3-06 軽くて高機能なメガネ、コンタクトレンズ
3-07 錆びない材料で維持しやすい住居
3-08 スポーツ、レジャーでは軽くて強い素材が活躍
3-09 子どもが安心して遊べる素材を
3-10 携帯電話、スマホ、タブレットにもプラスチックを幅広く活用

第4章 産業で活躍するプラスチック

4-01 自動車では内装からエンジンルームまで幅広く使用
4-02 鉄道車両とプラスチック
4-03 駆体は鋼板から繊維強化プラスチックへ(船舶、航空機)
4-04 スポーツ施設で活躍するプラスチック
4-05 実は軽くて強い発泡スチロール(土木) 
4-06 季節に関わらず様々な食材を得るために(農業、水産業)
4-07 風雨などから素材を守る(塗料)
4-08 飛行機の構造材から付箋紙まで様々なものを結ぶ(接着剤)
4-09 自然エネルギー利用で活躍するプラスチック(風力発電、太陽光発電)
4-10 電子回路を使用した製品で活躍するプラスチック
4-11 医療用器具で幅広く使用されるプラスチック

第5章 進化するプラスチック

5-01 光とプラスチック(透明性と光応答性)
5-02 音とプラスチック(防音と発音)
5-03 包装を変えたプラスチック(食品はもう腐らない)
5-04 医療を変えたプラスチック(衛生と生体適合性)
5-05 微生物や光で分解するプラスチック(分解性材料)
5-06 プラスチックによる構造材料(強力なだけではなく)
5-07 電気と磁気とエネルギーとプラスチック
5-08 薄皮 1 枚で分ける(膜分離)
5-09 プラスチックを印刷する(3D プリンター)

第6章 プラスチックの課題と私たちの生活

6-01 プラスチックがもたらすもの
6-02 プラスチックの安全性
6-03 プラスチックと資源問題
6-04 プラスチックと環境問題
6-05 プラスチックとごみ問題
6-06 プラスチックのリサイクル
6-07 容器包装リサイクル法とは
6-08 ペットボトルのリサイクル
6-09 科学と技術でプラスチックの課題を解決することができるか 
6-10 持続可能な社会とは
6-11 心豊かで快適な暮らしを続けるために

索引 
参考文献

コラム

・目的によって作り出される複合材料
・高分子の概念を提唱したヘルマン・シュタウディンガー
・レゾール型とノボラック型のフェノール樹脂
・赤外分光法 
・超高分子量ポリエチレンとゲル紡糸法
・ポリマーアロイがもたらしたエンジニアリングプラスチック、PPE
・アクリルとは
・架橋と紙おむつ
・フッ素樹脂で加工した調理器具
・プラスチックと金属の表面の違い
・不織布マスクにもプラスチックが活用されています
・プラスチックボディの車?旧東ドイツのトラバント 
・接着剤による接着の仕組み
・太陽電池(PN 接合型太陽電池と色素増感太陽電池)
・高分子圧電材料
・プラスチックによる電線の被覆
・インテリジェント材料
・レジ袋に使われている原油の量
・洗濯バサミがバラバラに崩れる理由は?
・二酸化炭素からプラスチックの合成
・ゴミ収集車
・有害廃棄物の国境を越える移動及びその処分の規制に関するバーゼル条約 
・生分解性プラスチックは環境にやさしいと言えるか? 

出版社 :秀和システム; 第4版 (2022/8/31)
発売日 :2022/8/31
言語  :日本語
単行本 :318ページ
ISBN-10:4798068292
ISBN-13:978-4798068299
寸法  :14.8 x 2.3 x 21 cm

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2023年10月27日 (金)

【おもしろ映像】石けんを電子レンジで加熱するとどうなるの?

 石けんを電子レンズに入れて熱するとどうなるのか実際にやってみた映像のようです。

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こうなるらしい・・・1・2・3!

Soap in microwave.

 どうして石けんが膨らむのでしょうか。石けんには水分が含まれているため電子レンジのマイクロ波で水分子が振動します。すると石けん中の空気が膨張し膨らむのです。小さくなった石けんを最後まで使う方法として電子レンズで石けんを加熱する方法が紹介されていますが、膨らんだ石けんはたやすく粉々になってしまうので粉石っけんみたいな使い勝手になります。

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2023年10月22日 (日)

繊維のおはなし

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 繊維とは狭義では布や紐を作るための糸の原料となる細長いひも状の素材のことです。羊毛や絹糸などのように動物の毛から作られるもの、綿や麻などのように植物の組織から作られるもの、ナイロンやレーヨンなどのように化学反応で合成されるものがあります。こうした多くの繊維はセルロース、タンパク質、合成樹脂などの有機物できています。

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 また、繊維には炭素、ガラス、金属、鉱物などの無機物から作られたものもあります。これらの繊維は強度が高く耐熱性や耐薬品性などがあるため産業において様々な用途で使われている。

 ガラス繊維や炭素繊維をプラスチックに加えると強度を高めた繊維強化プラスチックという複合材料を作ることができます。繊維強化プラスチックはテニスラケット、ゴルフクラブ、レーシングカー、航空機、宇宙関連機器などに使われています。

 金属繊維はスチール繊維とも呼ばれ、ステンレス、鉄、銅、アルミニウムなどの金属を引き延ばして作られたものです。金属繊維は強靱でロープやワイヤの原料となります。また、伝導性の高い金属繊維からは電線が作られます。金属の性質を活かした複合材料の原料としても使われる。最近では衣服に使われる場合もあります。

 鉱物繊維は鉱物を繊維状にしたものです。石綿、アスベストは耐久性、耐熱性、耐薬品性、電気絶縁性などに優れているため様々な用途で用いられてきましたが人体に悪影響を及ぼすことから使用が禁止されました。

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2023年7月10日 (月)

納豆の作り方|納豆の日(7月10日)

納豆の日

 7月10日は語呂合わせから「納豆の日」とされています。もともとは昭和56年(1981年)に関西納豆工業協同組合が関西であまり人気のなかった納豆の消費拡大を目指すため関西地域限定の記念日として制定したものでした。平成4年(1992年)に全国納豆協同組合連合会(納豆連)が全国的な記念日として改めて設定しました。

納豆菌で大豆を発酵

 現在、スーパーマーケットなどで販売されている納豆の多くはポリスチレンペーパー製や紙製の容器に詰められたものが多いのですが、なかには藁に包まれたものもあります。実はかつては藁に包まれたものが標準的でした。

 納豆が藁に包まれていた理由は納豆の製造方法に関係しています。藁には納豆菌が存在し、この菌を利用して大豆を発酵させたものが納豆なのです。納豆菌は藁などに生息する枯草菌(こそうきん)の仲間です。枯草菌のうち発酵して糸をたくさん引くものが納豆の製造に使われるようになったのです。納豆菌の学名はバチルス ナットウ(Bacillus natto)といい約1マイクロメートルほどの大きさです。

納豆の作り方

 伝統的な納豆の作り方は次の通りです。まず大豆を一晩ほど水に浸して水分を十分に吸収させます。この大豆を蒸し煮し、熱いうちに藁に包みます。大豆を包んだ藁を40~42℃の発酵室に入れます。すると藁の納豆菌が繁殖し大豆が納豆になります。納豆の作り方は非常に簡単ですから家庭でも作ることも可能です。藁や納豆菌が手に入らないときは販売されている納豆をそのまま混ぜるか、豆を使いたくないときは納豆を湯がいた液を使うと良いでしょう。発酵室の代わりにこたつを使うことができます。

納豆の作り方
納豆の作り方

 なお工場で納豆を作るときは蒸し煮した大豆に納豆菌を付着したものを容器に詰めて発酵させます。容器は藁と同じように通気性が良いものが使われています。

納豆のうま味

 納豆は大豆を発酵させて作るので発酵によってうま味の成分が生じます。納豆菌が作るさまざまな酵素によって大豆のタンパク質はアミノ酸に分解され、脂肪はグリセリンと脂肪酸に分解されます。納豆の発酵でたくさん生じるアミノ酸はグルタミン酸です。グルタミン酸は昆布などに含まれるうま味成分で、うま味調味料の主成分です。納豆の粘り気はポリグルタミン酸(PGA)です。

【関連記事】納豆の作り方|納豆の日(7月10日)

この納豆はうまい!三戸の「北の大豆」

レトルトカレーの日(昭和43年 1968年2月12日)|ボンカレーの秘密を探る

ビスケットの日(2月28日)

マヨネーズの日(3月1日)

バウムクーヘンの日(1919年3月4日)

パンの記念日(4月12日)

アイスクリームの日(5月9日)

紅茶ブランド「リプトンの日」(5月10日)

マクドナルド兄弟がマクドナルドを開業(1940年5月15日)

おにぎりの日(6月18日)

ソフトクリームの日(1951年7月3日)

焼き鳥の日(8月10日)

沖縄そばの日(1978年10月17日)

パスタとスパゲッティの違い|世界パスタデー(10月25日)

サンドウィッチの日(11月3日)

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2023年3月12日 (日)

元素の周期表を考えた人たち

 古代の科学者たちは物質は「火」「土」「水」「空気」の四元素からできていると考えました。特にアリストテレスの四元素説は古代ギリシアや古代ローマの時代から19世紀頃まで広くヨーロッパで支持されました。四元素説を最初に唱えたのは古代ギリシアの自然哲学者エンペドクレスですが、これを発展させたアリストテレスの四元素説の方が後々まで広く支持されたのです。

 古代ギリシア学者デモクリトスは「ものを分けていけば、もうそれ以上分けることができないものになるはずだ」と考えましたが、この考え方は受け入れられませんでした。17世紀にアイルランド出身のロバート・ボイルは理論的に同じような考えを提唱しましたが理解されませんでした。

 18世紀の後半、フランスのアントワーヌ・ラヴォアジエはボイルの考え方を追及し、水素と酸素の性質を明らかにしました。そして彼はそれまで有力であった4元素説を否定し「元素とはそれ以上分解できないものである」と再定義し33種類の元素を掲載した表を発表しました。

 19世紀の初めにイギリスのジョン・ドルトンが原子論を発表すると、科学者たちは競って新しい元素の発見に取り組むようになりました。元素が発見されていくにつれて、多くの科学者は元素がその性質によって分類できるのではないかと考えました。

 1862年、フランスのベギエ・ド・シャンクルトワは元素を原子量の順番で円筒の表面に立体的にらせん状に並べていくと、ちょうど原子量が16番ごとによく似た性質をもつ元素が重なることに気がつきこれを「地のらせん」と呼びました。同じように1864年、イギリスのジョン・ニューランズは元素を原子量の順に並べて行くとまるでドレミの音階のように8番ごとに性質が良く似た元素が現れることに気がつき、1865年に「オクターヴ説」を発表しました。

 このような中、1863年にロシアのドミトリ・イヴァノヴィチ・メンデレーエフは当時発見されていた63種類の元素に対応する原子を原子量の順に並べると同じ性質の元素が周期的に現れることを見い出しました。1869年にそれを表にまとめ、この表を「元素の周期表」と名付けました。

メンデレーエフと1869年に作成された周期表
メンデレーエフと1869年に作成された周期表

 シャンクルトワやニューランズのように多くの科学者が「元素は同じ性質の元素が周期的に現れる」ことを示し表を作りましたが、現在ではメンデレーエフが周期表を作った人として知られています。それは多くの科学者が当時見つかっていた元素に対して表を作ったのに対し、メンデレーエフは表を作るにあたって元素が存在しないところには未知の元素があるはずだと予言して空欄にしていたからです。その後、その空欄に入る元素が次々と発見されていきメンデレーフの周期表の正しさが実証されたのです。

【関連記事】

メンデレーエフが周期律表を発表(1869年3月6日)

112番元素の名称をコペルニシウムと決定(2010年2月19日)

金・銀・銅の元素記号はなぜ Au・Ag・Cu なのか

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2023年2月28日 (火)

世界初の合成繊維「ナイロン66」開発(1935年2月28日)

 繊維にはいろいろな種類がありますが、大きくわけると天然繊維と化学繊維にわけることができます。天然繊維には麻や綿花などの植物から得られるセルロースを主成分とした植物繊維、羊や蚕などの動物から得られるタンパク質を主成分とした動物繊維、石綿やガラスなどの鉱物から作られる鉱物繊維があります。

 化学繊維は化学的処理で作られる繊維で、天然高分子を化学薬品で処理・溶解した後に繊維とする再生繊維、天然高分子と化学薬品を化学反応させて作る半合成繊維、主に石油を原料とする合成高分子から作られる合成繊維があります。

 世界で初めて開発された合成繊維はポリアミド系のナイロンです。ナイロンは1935年に米国デュポン社のウォーレス・カルザースの研究グループによって合成されました。同年2月28日、研究グループのジェラード・ベルシェがカロザースの指導のもとヘキサメチレンジアミンとアジピン酸からポリアミド6-6 を作りました。この物質を棒で引き上げると繊維ができました。デュポン社はこの合成繊維の製品化を決め、カロザースに部下をつけましたがカルザースは体調の問題で解任され部下がプロジェクトを引き継ぎました。

ウォーレス・カロザース
ウォーレス・カロザース

 デュポン社はこの合成繊維をナイロンと名付け、「石炭と水と空気から作られ、鋼鉄よりも強く、クモの糸より細い」というキャッチコピーで発売しました。ナイロンは現在でも衣料品、自動車のシート、カーペット、釣り糸、ギターの弦などとして幅広い分野で使われています。

 カロザースは1928年頃から精神疾患をわずらい1937年4月29日に青酸カリを服毒し自殺しました。カロザースが発明したナイロンが発表されたのは彼の死後から2年後の1939年でした。

たカロザースは1937年4月29

。ナイロンで成功したが「達成できているモノは何もなく才能が枯渇した」と考えるようになる。妹が死去するという不幸も重なり、1937年4月28日、フィラデルフィアのホテルの一室で青酸カリを混ぜたレモンジュースを飲んで自殺した[4]。彼の娘が誕生したのは自殺からおよそ7カ月後(1937年11月27日)だった。

【関連記事】

ウォーレス・カロザースの命日(1937年4月29日)

プラスチックの語源|塑性と弾性の違い

セルロイドとパークシン ニトロセルロースから作られたプラスチック

複合材料とは 目的によって作り出される材料

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2023年2月19日 (日)

112番元素の名称をコペルニシウムと決定(2010年2月19日)

 1996年2月9日、ドイツの重イオン研究所は112番目の元素の合成に成功しました。しかしながら、この元素は極めて短時間しか存在できないため本当に存在するのかどうか再確認が難しい状態でした。2000年と2004年にロシアのドゥブナ合同原子核研究所、2007年に理化学研究所の仁科加速器研究センターが合成に成功すると、IUPAC(国際純正及び応用化学連合)は2009年5月にこの元素の存在を正式に認める声明を出していました。

 この元素は暫定的にウンウンビウムと名付けられていましたが、この元素の名前は合成に成功したドイツの重イオン研究所のジクルト・ホフマン教授が地動説を提唱した天文学者コペルニクスにちなんでコペルニシウムと名付けることを提案していました。ホフマン教授によれば「世界観を変えた傑出した科学者の名をたたえる」というのが命名の理由だそうです。

コペルニシウムの原子構造
コペルニシウムの原子構造

 IUPACが112番元素の名前を「コペルニシウム」と正式に命名したのは2010年2月19日です。IUPACはコペルニクスの誕生日2月19日にあわせてコペルシウムという名称を発表したのです。

【関連記事】

金・銀・銅の元素記号はなぜ Au・Ag・Cu なのか

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2023年1月28日 (土)

プラスチックの語源|塑性と弾性の違い

 日本語でプラスチックというと、多くの場合はプラスチック材料やプラスチックで作られたもののことです。ところが英語のプラスチックplasticには日本語と同じ名詞としてのプラスチックという意味の他に形容詞としての「形を作ることができる」という意味があります。もともとplasticはギリシャ語で塑造という意味をもつplastikos という単語に由来しています。塑造とは粘土などの柔らかな材料で像などを造ることです。

塑造
塑造

 プラスチックが意味する「形を作ることができる」という性質のことを可塑性または塑性といいます。可塑性とは「外から力を加えると形を変えることができ、力を取り除いても元の形に戻らない性質」です。例えば、粘土の固まりは力を加えると変形しますが力を取り除いても元の固まりに戻ることはありません。またゴムのように「外から力を加えると形を変えることができ加えた力を取り除くと元の形に戻る性質」を弾性といいます。

>塑性と弾性の違い
塑性と弾性の違い

 プラスチックは合成樹脂とも呼ばれます。樹脂は松ヤニや漆などのように樹液が固まったもので、自然由来の樹脂のことを天然樹脂といいます。私たち人類は古代から天然樹脂を利用してきましたが、天然樹脂は採れる量が少ないうえに取り扱いが面倒という問題がありました。そのため、人類にとって天然樹脂に代わる材料を手に入れることは積年の夢でした。

 やがて天然樹脂によく似た性質を持つ物質が人工的に作り出されると、それらの物質のことを合成樹脂と呼ぶようになりました。今日では、合成樹脂というと原料や素材、プラスチックというと成型品を意味することが多いようですが言葉の使い分けに厳密な区別はありません。

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2022年11月18日 (金)

実用的写真術を発明|ルイ・ジャック・マンデ・ダゲールの誕生日(1787年11月18日)

 1787年11月18日は世界で初めて実用的な写真技術を発明したフランスの画家・写真家のルイ・ジャック・マンデ・ダゲールの誕生日です。

 ダゲールは若い頃にパノラマ画家ピエール・プレボに師事し、建築、劇場の舞台美術、パノラマ画を学びました。タゲールは優れた劇場イリュージョン技術により劇場設計者として有名になり、1822年7月にパリでジオラマ劇場を開きました。

ダゲレオタイプで撮影したダゲールの肖像写真
ダゲレオタイプで撮影したダゲールの肖像写真

 同じ頃、写真の技術の基礎となる印刷技術ヘリオグラフィを発明したフランスのニセフォール・ニエプスはカメラ・オブスクラの画像を写真に残す技術の開発を始めました。写真の撮影はすぐに成功したものの長く定着させることができるまで数年かかりました。何とか画像を写真として残すことができるようになりましたが、写真を撮影するのに非常に長い露出時間を要するためこの写真技術は実用的なものではありませんでした。

 1829年、ニエプスは自身が発明した写真技術を実用化するためダゲールと共同研究を始めました。そして光化学反応で変色する銀化合物を写真に利用することに成功しました。しかしながらニエプスは研究途上の1833年にこの世を去りました。ダゲールは単独で研究を継続し、ついに銀板写真法を発明し1839年に発表しました。この写真技術はダゲレオタイプと呼ばれ、10~20分の露光時間で写真を撮影することができました。フランスの科学者フランソワ・アラゴはこの実用的な写真撮影法を政府に推薦しました。ダゲールは政府から終身年金を受け取るかわりにダゲレオタイプを公開しました。これによってタゲレオタイプは世界中に広まりました。

 ダゲールがこの世を去ったのは1851年7月10日、有益な技術を研究開発した科学者として彼の名前はエッフェル塔に刻まれています。

【関連記事】

写真技術の先駆者 ジョセフ・ニセフォール・ニエプス没

カメラ発明の日(1839年8月19日)

カメラ発明の日は3月19日ではなく8月19日

写真の日(6月1日)

カメラと写真の仕組み

ピンホール現象とカメラオブスクラ 写真の仕組み(1)

カメラオブスクラの像を写真に残す 写真の仕組み(2)

白黒写真の仕組み 写真の仕組み(3)

カラー写真の始まり 写真の仕組み(4)

加色法によるカラー写真の仕組み 写真の仕組み(5)

減色法によるカラー写真の仕組み 写真の仕組み(6)

 

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