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ギガ・メガ・ナノ・ミリ~物理でよく使う接頭辞~

みなさんこんにちは。このブログを書いている東急三崎口です。今回は、半導体関連の派生で物理一般に関する記事です。大学で半導体の講義をやる場合は、知ってて当然とされているので今まで意識していませんでした。ただ、よく考えてみると知っておかないと理解できないこともいろいろあることに気づきました。そこで、半導体を語るうえで最低限必要なものを物理一般のカテゴリで書いていきたいと思います。今回は、普段生活しているときにも聞くことがあるかもしれない、ギガ・メガ・ナノ・ミリなどの接頭辞について解説していきます。ご存じの方は読み飛ばしていただいて構いません。

ギガ・メガ・ナノ・ミリって何なの?

早速接頭辞について、解説していきます。見出しにも書いたとおり、「ギガ・メガ・ナノ・ミリ」などなど接頭辞にはいろいろ種類がありますが、そもそもこれらは何を表しているんでしょうか。それは、その表している数が1の何倍か?もしくは1の何分の一か?ということなんです。こう言われてもよくわからないですよね。例えば、1とても大きい数を表すときのことを考えてみましょう。1よりとても大きい数の例として、地球一周の長さを考えてみましょう。地球は赤道を一周すると、およそ4万キロメートルあると言われています。4万キロメートルを、数字とkm(キロメートル)で表すと、40000kmです。ご存じの方は多いと思いますが、k(キロ)という単位は、実は1000を表す接頭辞なんです。なので、40000kmをm(メートル)であらわすと40000000mになります。日本語で書くと、4千万メートルです。ちょっと、0の数を数えるのが面倒になってきませんか。今回例に出した、地球の赤道一周の長さの場合、メートルであらわすと0の数がとても多くなってしまうんですね。0をたくさん書くと、手書きの場合ミスも出やすいです。なにより、数字を読んでその値がどのくらいの大きさか掴むときに、0の数を毎回数えないと数字がどのくらいの大きさなのかわからなくなってしまいます。1,10,100,1000,10000くらいであれば、財布に入っているお金とあまり変わらない数なので、簡単につかめますが、0の数が増えていけばいくほど数字の大きさの感覚がつかみづらくなってきます。接頭辞を使うことで、数を表すときに使う0の数を減らすことができるのです。

普段何気なく出てきている接頭辞たち

例えば、普段意識せずに生活の中で使っている接頭辞がいくつかあります。例を3つ出すと、「k(キロ)」「h(ヘクト)」「c(センチ)」なんかがあります。kは距離を示すときによく使うかと思います。例えば、1kmと言われれば1000mのことを表していることはなんとなくわかると思います。hはあまり意識しないかもしれませんが、天気予報の天気図で出てくる気圧の単位に使われています。よくhPaの形で出てきますね。これは、1hPaは100Paを示しています。hで100の意味になるんですね。(hは接頭辞でPaは圧力の単位です。単位については、今後記事で書いていこうと思っています。今回は、hPaは天気予報で使われているんだくらいでOKです。)最後は、cです。これも長さを測るときによく使っていると思います。100cmと言われれば、それは1mのことを示しています。つまり、cというのは百分の一という意味です。(百分の一という表現がわかりづらいかもしれませんが、次の指数と関係しているという章で詳しく説明します。)このように、普段何気なく使っている単位にも実は接頭辞が入り込んでいるんですね。

接頭辞は指数と関係している

接頭辞を使うと0を使う数を減らすことができることはわかっていただけたでしょうか。この接頭辞というのは、数学でいう「指数」と関係しています。指数に関して説明されているブログがありましたので、こちらにリンクを張っています。どうしてもわからなかったら参照してみてください。指数は、103のように書きます。これは「10の3乗」と読みます。大きく書いている数字(今回の場合は10)を右肩に乗っている数字(今回の場合は3)の回数掛けるという意味です。つまり、103=10×10×10=1000です。10の右肩に乗っている数字は、0がいくつついているかを示しています。実は、接頭辞は10の右肩に乗っている数字の数を表しているだけなんですね。こう思えば、簡単に思えないでしょうか。実は、10の右肩に乗っている数字は、プラスだけではなくてマイナスにもなるんです。簡単な例を出すと、0.01=10-2と書きます。ざっくりいうと、これも数字に書いてある0の個数を10の右肩に乗せていますが、小数点がついているのでマイナスをつけています。このように、10の〇〇乗と書いてあったら数字を書いたときの0の個数を〇〇乗の部分が示しています。厳密に考えると指数は奥が深いですが、接頭辞を理解するためであれば、このくらいわかれば十分です。

大きい方の接頭辞

というわけで、1よりかなり大きい数字を表すために使う接頭辞を紹介します。日本語版のWikipediaに書いてあるんですが(リンク先はこちらです)、言い方が小難しかったのでざっくり説明します。

半導体についてしる上で知っておくべき接頭辞は、「キロ・メガ・ギガ・テラ」くらいでしょう。

まず、キロについて。キロは103倍のことを表します。これはご存じの方も多いかと思います。記号で書くと「k」ですね。

次に、メガについて。メガは106倍のことを表します。記号で書くと「M」と書きます。キロ(k)は小文字だったのに、メガ(M)は大文字なんですよね。不思議です。1000k=1Mになります。半導体関連で使われるとすれば、〇〇MB(メガバイトと読みます)といった、コンピュータの記憶素子の容量を表す場合です。昔のPS2のメモリーカードは8MBと書いてありました。このMがメガです。

3つ目の、ギガについて。ギガは109倍のことを表します。記号で書くと「G」と書きます。使われる用途は、メガの場合と同じようにコンピュータの記憶容量を表すときに使います。あとは、家のネット回線の速度を表すときにも使われたりします。

最後に、テラについて。テラは1012倍のことを表します。記号で書くと「T」と書きます。テラは、パソコンの記憶素子の容量くらいしか普段は使わないような気がします。2TBとか書いてあるTがテラです。

大きい方の接頭辞は、これらの4つがわかればだいたい問題ないかと思います。テラの上も一応あって、ペタ(Pと書きます。)と言います。今のところ、普段の生活でペタを使う場面はない気がします。とは言っても、10年前はテラなんて使うのか?と思っていました。最近ではコンピュータの記憶容量がとても増えたので、個人で使うようなパソコンでもテラクラスの容量を持つことも普通にあります。もしかしたら、5年後か10年後くらいには、ペタを普段から使う生活が来ているかもしれません。

小さい方の接頭辞

大きい方の接頭辞について説明したので、次は小さい方の接頭辞についてです。小さい方の接頭辞は、半導体関連であれば「ミリ・マイクロ・ナノ・ピコ」を知っていれば十分かと思います。

まず、ミリについて。ミリは10-3倍のことを表します。記号で書くと「m」と書きます。ミリはメートルと見た目が一緒なんですが、mmと書いたらミリメートルと読みます。mgと書いたら、ミリグラムと呼びます。(メートルグラムとは読まないです。)ミリは普段から使う単位なので、なじみはあるんじゃないかと思います。

次に、マイクロについて。マイクロは10-6倍のことを表します。記号で書くと「μ」と書きます。ギリシャ文字のミューを使います。接頭辞の中でも、ギリシャ文字を使う珍しい接頭辞です。μmと書いて、「マイクロメートル」と読みます。マイクロを普段の生活で使う機会は少ないです。強いて言えば、人間の髪の毛の太さがおよそ80μmらしいですが、だから何だって話なんですよね。

3つ目に、ナノについて。ナノは10-9倍のことを表します。記号で書くと「n」と書きます。実は、半導体関連であればこのナノが一番よく使うかもしれません。先端に研究に行けば行くほど、〇〇nmという呼び方をすることが増えてきます。1nmと言われたら、10-9mになります。小さすぎてあまり実感が湧きませんが、イメージとしては人間の髪の毛の太さよりも百分の一以上小さいスケールの長さになります。

最後に、ピコについて。ピコは10-12倍のことを表します。記号で書くと「p」と書きます。ピコは、半導体含めてほとんど使う機会はありませんが、ナノより小さい世界も一応あるので取り上げています。

ここまで、「ミリ・マイクロ・ナノ・ピコ」について取り上げてきました。ピコより小さい接頭辞も一応あります。ただ、物理的な長さで使うことはほとんどありません。理由は、原子の大きさがピコメートルレベルだからです。ですので、ピコより小さい接頭辞を使うのは時間の長さを表すときくらいな気がします。どっちにしても、普段はほとんど使わないので、出てきたときに調べれば問題ないです。

結局何が便利なの?

ここまで、接頭辞について解説してきましたが、結局接頭辞を使うと何が便利になるのでしょうか。小さい接頭辞で出てきたナノを例に説明します。1nmは10-9mとなり、指数や接頭辞を使わないと、0.000000001mと書かなければいけません。ゼロを数えるだけで大変ですよね。しかも、普段からナノメートルレベルの長さに関して話をしないといけないとすると、指数や接頭辞が無ければこの数の0を毎回書かなければいけないわけです。これは、どう考えても不便ですよね。慣れないと、ナノって10の何乗だったっけ?と思うこともあると思いますが、慣れたら接頭辞で読んだ方が便利に感じるようになります。

まとめ

今回は、物理でよく使われる接頭辞について解説しました。長くなりましたが、ここまで読んでくださりありがとうございます。よく考えたら、一般物理で書く記事の一本目でした。半導体を知ろうとすると、どうしても一般的な物理の話も入ってくることに気づいてしまいました。物理の定義や数式に寄るのではなく、半導体を知るために最低限知っていればいいことを中心に書いていきたいと思います。記事の中でよくわからない点や、内容についてご指摘がありましたら、コメント欄かお問いあわせからご連絡いただければお返事できるようにいたします。次回の記事では未定です。それでは、今回はここまでです。次回の記事でお会いしましょう。

物理一般

Posted by tokyu351