理系の雑学・豆知識

物理、化学、生物、数学、地学、宇宙についての雑学・うんちく・豆知識・トリビアを集めたサイトです

2019-04-20から1日間の記事一覧

伝導体(導体)についての解説

伝導体(電気伝導体、良導体、導体conductor))は電気を通しやすい材料のことです。一般に電気抵抗が低い金属で、電線などに利用される電気材料です。 金属 固体の金属は金属結合と呼ばれる特殊な結合方式で、硬くて、特有の光沢(金属光沢)があり、電気的…

パウリの排他律について解説

パウリの排他律(パウリのはいたりつ Pauli exclusion principle) 1925年にパウリ(Wolfgang Pauli)が提案したパウリの排他律とは、「電子には量子状態(Quantum states)を決める 4 つの量子数があり、原子の電子軌道には同じ量子状態のものが2つ入ることが…

デンデラのハトホル神殿の地下室にあるデンデラの電球の浮き彫りとバグダッドバッテリー

エジプトのナイル川の流域にあるルクソールから北に約50kmの所にデンデラ(Dendera)があり、そこにあるハトホル神殿(Temple of Hathor 建設時期は紀元前1世紀頃)は女神の母といわれるハルホトを祭った神殿です。エジプトのナイル川の流域にあるルクソール…

燃料電池の原理について解説

燃料電池の原理 動作原理は水の電気分解とは逆の反応で、2H2 + O2 → 2(H2O) によって電気を取り出しますが、従来の電池と本質的に異なる点があります。それは陰極で溶解(電極が溶ける)が生ずるのに対し、燃料電池では触媒の作用によって陰極では燃料(水素…

原子中の電子の角運動量(Angular Momentum)について解説

電流がループ状に流れると磁気モーメントが発生します。そしてこの磁気モーメントがを持った電流ループが磁界中にあるときに受けるトルクは磁界と磁気モーメントの積に比例します。 原子モデルで考えると電子は原子核の周りを回転していると考えることができ…

原子構造のボーアモデル(Bohr Model)について解説

1900年にプランク(Max Planck)は黒体放射(Black body radiation)の方程式を作りました。 この式に使用されているプランク定数(Planck's constant)の物理的な解釈は当初理解されていませんでしたが、後にナトリュウム原子に光を当てるとそこから電子が…

ステルン・ゲルナッハの実験(Stern-Gerlach Experiment)について解説

1922年に磁界中を銀の原子が通過するとき通過経路が上向きに変化するものと下向きに変化するものがあることが発見され、電子には2通りの磁気作用があると考えられるようになりました。 そこで、磁石を3組用意して、中央のみを逆の極性にして中央のN極側で原…

ゼーマン効果(Zeeman effect)について解説

ある元素を加熱すると特定の波長の光が出ることが早くから知られていましたが、その発光のメカニズムは理解されていませんでした。 ナトリューム元素を加熱して、その発光スペクトル線を観測するとある波長で強く輝く線があります。 1896年にオランダの物理…

プランクの実験(プランク定数・プランクの量子化説)について解説

ある金属(原子)を高温の炎の中で熱すると独特の色をした光を出していることが知られていました。 その 光の波長毎(分光)の強さを観測するとある幾つかの波長のところだけに強い輝きがあって、その他では光の輝きが無いことがわかっていました。プリズム…

光のスペクトラムについて解説

光をプリズムあるいは回析格子に当てると光が虹のように広がることは古くから知られていました。そして光が電磁波の一種であることか解ってくると、発光や光の吸収をその波長に応じて展開したものをスペクトル(spectrum)と呼び、その研究が盛んになって、…

ベクトルについて解説

例えばA地点からB地点に歩いていく(青)のと飛行機で飛(緑)んでいくのと光が飛んで行く(黒)のではそれぞけの経路が異なるのですが、A地点からB地点までの距離は歩こうが、飛ぼうが、光で飛ぼうが変わらない(速度のことは考慮しない)ですから、ここで…

角運動量(Spin angular momentum)について解説

運動の力学(量子力学を理解するために物理の復習をします) 回転を扱うときの物理量としてはモーメントが使用されます。モーメントとは数学用語で、方向を持った量(ベクトル)を互いに掛け合わせた物でその積も方向を持っています。長さが(r) の棒の一…

電子のスピンについて解説

従来から、ある原子を高温にすると光を出しますが、その光は独特の色をしていることが知られており、光の波長毎の強さを観測(分光)するとある幾つかの波長のところだけが強い輝きを持っていて、その他ではほとんど光の輝きが無いことがわかっていました。…

交換力・4つの力 (重力、電磁力、強い力、弱い力)について解説

力には良く知られている重力や電磁力、原子核をまとめている強い力、ほかに陽子を中性子に変える等の作用をする弱い力の4種類があります。 この4つの力は宇宙誕生の初期には一つに統一されていて、次々に分離してきたと考えられています。まず最初に重力が分…

原子モデルの歴史

古代の原子論 古代ギリシア、エレア派のレウキッポス、デモクリトスによって原子は物質を構成する最小単位であるという考えをしていたが、アリストテレスにその存在を否定されて長い間忘れられてきました。 錬金術(れんきんじゅつalchemy) アレクサンドリ…

エルステッドの実験について解説

エルステッドの実験(電流の磁気作用) 1820年にデンマークの科学者エルステッド(Hans Christian Orsted)は、電気(電流)にもコンパス(方位磁石)の針を動かすなどの磁気作用があることを発見しています。 1820年4月にエルステッドは夜間講義で電線に流…

永久磁石とはなにか

鉄に磁石を近づけると、吸い付くのは鉄の中に小さな磁石(磁気双極子 磁区)が存在していて、それが外部の磁界の方向そろえられ(磁化)、N極とS極とが互いに引き付けあうためですが、外部磁界を取り除くとまたもとの状態に戻ります。 しかし、一度磁石に吸…

電磁誘導とはなにか

1820年エルステッド( H.C.Oersted)は電流による磁力を発見しており、1831年、ファラデー(M.Faraday)は磁石とコイルの相対運動によって電流が流れることを実証しました。それは電磁誘導(でんじゆどう electromagnetic induction)という現象で、コイルに…

地球の磁場とはなにか

地球の磁気により地球上に生じる磁場(磁界)を総称して地磁気(ちじき Earth's magnetic field)といいます。方位磁石(コンパス)が地球の南北を指すのは、地球の北極に磁気的にS極、南極に磁気的にN極があり、その極から発する磁場が気球を覆っているから…

磁極とはなにか

磁石の両端は引き合ったり、反発しあうなど異なる性質をもっていて、この磁気的な性質を磁極(じきょく magnetic poles)といいます。地球そのものも磁石(地磁気)であり、このため方位磁針(羅針盤、コンパス)で北を指す極をN極、南を指す極がS極です。地…

磁力の根本になる電子スピンとはなにか

素粒子の持つ基本的な性質のひとつで、“量子力学的自由度“(素粒子を区別する性質)で、素粒子が自転していると考えることにしてスピン(spin.)とよんでいます。電荷を持った粒子が磁界内で運動すると力が発生しますが、電子は磁界内で力を受けることが発見…

磁場・磁界について解説

磁界(じかいmagnetic field) (物理系では磁場(じば))は動いている電荷(電流)が作るのですが、電荷を持つ素粒子のもう一つの性質(素粒子の自転;スピン)も磁界を作っています。磁界は周囲の磁石や電流に力を及ぼす場、また空間のことで、有限な速度…

磁力・磁気力・磁力線とはなにか

磁石の両端は鉄を引きつける力が強く、この引力の強い部分を磁極といい、磁石のN-N極、S-S極には互いに反発する力、N-S極には互いに引き付け合う力がはたらき、この磁極間にはたらく力のことを磁気力(じきりょく Magnetic forces)または磁力(じりょく)とい…

ボルタ電堆について解説

ボルタは塩水または薄められた酸を入れたガラス容器を並べ、逆U字型の亜鉛と銅からできている細長い金属片で交互に容器と容器を順次連結した「ガルバニー電池」を作りました。1795年には銀と亜鉛の板を塩水に湿らせた紙の間にはさむと、二つの金属の間に電…

ガルバーニの蛙の脚の実験について解説

ガルバーニ(Luigi Galvani 1737/9/9-1798/11/4)かなり昔から電気うなぎのような動物が電気を発生させることが知られていたようでして、 1780年末から、筋肉の刺激反応等を、蛙を使って研究していたガルバーニは、脊髄と脚の神経を露出させた蛙の下股を用い、…

クーロンのねじりはかり(電荷による電気力の測定)について解説

クーロン(Charles Augustin De Coulomb 1736/6/14-1806/8/23)は大きなガラス管を垂直に立て、その中心軸に沿って絹糸を張ります。絹糸の中程に水平に( つまり糸に対して直角に)ワックスを塗った麦ワラをとり付け、その端に小球をとりつけ帯電させます。麦…

電気回路と直流・交流について解説

電気回路 電気素子を導線(電線)で結んだものを電気回路、または単に、回路といいます。 「電気回路」は、「電気(電流)が回り流れる路」という意味で名づけられました。 直流 電荷の流れ方(電流)には電池のように一定方向にのみ流れる直流があり、車など…

電気抵抗の基礎知識

抵抗(ていこう resistors)は電流の流れ難さを表します。 抵抗の記号は電流の流れを妨げることから "抵抗(Resistance)" と言い, その頭文字から記号Rが取られました。抵抗の大きさを表す単位はΩ(オーム)です。オームの法則の発見者(ゲオルグ・ジーモン・…

電流とはどのようなものか

電流(でんりゅう currents )は電荷の流れで、電荷は電子や陽子が担っていますので、負の電荷を持つ電子の流れは電流の流れとは反対方向になりますす。通常、陽子は原子の中にあり、電子に比べて非常に重いので、ほとんど移動しないことから、電荷の移動(…

電気の流れ(自由電子の動き)とはどのようなものか

電気の働きの主な部分は金属元素(周期表参照)から放出された自由電子の動きが電気エネルギーを運ぶ主役を務めています。金属元素であるナトリューム元素が結合し、固体の金属になった状態では一番外側の軌道にある電子1個が放出された電子(自由電子)が結…