先日液体窒素を使った実験をしました。
手順は以下の通りです。
1.浮く磁石
(1)超伝導体に液体窒素をかけて、77Kまで冷やす。
(2)小さい磁石を超伝導体の上に静かにのせて、空中に浮くことを確認する。
まず、何故磁石が超伝導体の上に浮いたのか?
そして、先生はこの実験について「これをマイスナー効果というのですが、厳密に言うと少し違います。ヒントとして、これは『第二種超伝導体』です。」と言っていました。
一体これが何なのか(先生が何を言いたかったのか)を教えて下さい。
2.液体窒素にさわる
(1)人差し指だけを伸ばして、一瞬だけ液体窒素の中に指を突っ込む
何故-196℃という低温にも関わらず、指が凍傷にならない(ほとんど冷たさを感じない)のかということを教えて下さい。
3.消しゴムを凍らせる
(1)消しゴムを液体窒素で凍らせ、時間がたったら、出して机に転がしてみる。
この実験で、消しゴムは破裂してしまいました。
その理由を教えて下さい。
4.風船を浸けてみる
(1)膨らませた長い風船を液体窒素につける。
この実験で風船はぺしゃんこに近い状態までちいさくなりました。
その理由を教えてさい。
長くなりましたが、最後の質問です。
今回使った液体窒素は非常に低温のものですよね。
一体どうやってこんなものを作るのですか?
No.1ベストアンサー
- 回答日時:
1はマイスナー効果でよいと思いますが。
浮く理由は超伝導物質は磁力線を通さないからです。無理やり磁力線が曲げられた反作用で浮くのでしょう。2は経験があります。ひんやりして気持ちいいですよ。手の体温で液体窒素が沸騰して、窒素ガスの膜が形成され、直接手に触れないからです。昔被疑者の有罪無罪を判断するのに熱湯の中に手を突っ込ませて焼けどするかどうかで判断したのと似てますね。
3はゴムが弾性を失ったからです。ゴムは分子の網目からできていますが、この網目が収縮し柔軟性を失うことにより弾性を失ったのです。
4は内部の空気が収縮したからです。気体の状態方程式の温度の項を小さくすれば体積が減るでしょう。
5は、窒素ガスを圧縮して、発生した熱を冷却することで液化します。実際には空気を圧縮して、沸点の大きな窒素が先に液化するので、それを取り出しています。つまり液体酸素を作る副産物でもあるわけです。
No.3
- 回答日時:
みなさんの回答でよいと思います。
2の質問について補足します。
凍傷や火傷というのは一瞬でなるものではありません。
ふれた物質の温度と時間、その物質の比熱など
多くのことが原因でなります。
私も液体窒素に指をつっこんだことがありますが、
ひんやりして気持ちよかったです。
もちろん長時間つっこんでいれば(我慢できればの話ですが)
凍傷にもなるでしょうし、凍りつくことでしょう。
No.2
- 回答日時:
多少補足します。
1
>ヒントとして、これは『第二種超伝導体』です。
から察すると、「ピン止め効果」が関係していると思われます。
「マイスナー効果」による反磁性だけでは安定に浮かせることは出来ないはずです。
詳しくは上記のキーワードで検索すると良いと思います。
4
空気中の窒素が液化したからでしょう。良く観察すれば風船の中に液体(窒素)の存在が確認できたはずです。(自信有り)
作成法
基本的には問題無いと思いますが、「断熱圧縮」→「冷却」→「断熱膨張」の過程を行っていると思います。(自信無し)
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