すいませんがよろしくお願いします。外国論文中に測定装置としてでてきていますが、しらべてみるとどうも物理学分野で主に使用されているみたいです。ちなみにこの文献では化学(高分子)分野でしようされています。

A 回答 (1件)

物理学では素粒子実験などで粒子の(運動)エネルギーを


測定するために用いられています。

具体的には、CsI等の結晶中を粒子が通過するときに
結晶中の軌道電子が励起されます。
この電子が元の状態に戻るときに発光するので
それを(かすかな光でも増幅して見ることが出来る)光電子増倍管というもの
を使ってエネルギーを測定するというものです。

Central というのは、実験の都合上それを検出器の真ん中に置いているからです。
あまり時間がなく良いページを探せなかったので、すみませんが
シンチレーター、液体アルゴン、NaI等の単語で検索してみて下さい。

質問にあるように化学分野での使い方についてはわかりません。
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Q気体分子運動論 2原子分子 3原子分子 なぜ振動は

こんにちは、気体の分子運動論について確認させてください。また質問をさせてください。どうぞ宜しくお願いします。

気体の運動エネルギーを考える際、
単原子分子の場合、内部エネルギーの変化 ΔU = 3/2 nRΔT
となりますが、この3の意味は単原子分子のとる自由度の数だと教わりました。
そしてその自由度とは、XYZ方向への並進運動とのことですね。

二原子分子の場合、これら3自由度の並進運動に加え、回転の自由度を加えるとのことでした。
回転は、二原子分子の線分をたとえば、z軸にそろえて載せた場合、X軸を回転軸とする回転、Y軸を回転軸とする回転の二つが加えられる。したがって、合計5の自由度があり、ΔU = 5/2 nRΔT
となる。

Q1: もうひとつZ軸を軸とした回転(つまり鉛筆を両方の掌ではさんで回すような回転)については、他の二回転に比べて運動エネルギーが小さいため考えない、と理解しているのですが、いかがでしょうか。

Q2:並進、回転運動の他にも、自由度として振動が考えられますが、なぜこれは加えないのでしょうか。

また、三原子分子の場合は、二通りあり、直線分子の場合、非直線分子の場合に分けられると知りました。ただ、三原子分子の場合の内部自由エネルギー変化についての式が与えられておらず、考えてみました。
Q3: 直線分子の場合、二原子分子と同じ考えで、並進、回転運動の自由度の合計は5となりそうですが、どうでしょうか。ただ、ここでも振動をどう扱うのか分かりません。振動の自由同は、三原子直線型分子の場合、4つあるようですが、これらの振動は考慮しなくて良いのでしょうか。

Q4: 非直線分子の場合、回転の自由度は一つ増えて合計3になるそうですが、これは、先程、二原子分子の際に考慮に入れなかった回転、Z軸を回転軸とする回転、が無視できなくなった、ということでしょうか。すると、ΔU = 6/2 nRΔT となりそうですが、いかがでしょうか。

また、しつこいようですみませんが、振動はどうなのでしょうか。非直線分子の場合、振動の自由度は3あるそうですが、このことは内部エネルギー変化を考える場合に考慮に入れる必要はないのでしょうか?

以上となるのですが、私の理解があっているかどうかも含め、是非質問に回答頂ければ幸いです。どうか宜しくお願いします。

分かり難い記述があるようでしたら、訂正いたしますゆえ、どうか重ねて宜しくお願いします。

こんにちは、気体の分子運動論について確認させてください。また質問をさせてください。どうぞ宜しくお願いします。

気体の運動エネルギーを考える際、
単原子分子の場合、内部エネルギーの変化 ΔU = 3/2 nRΔT
となりますが、この3の意味は単原子分子のとる自由度の数だと教わりました。
そしてその自由度とは、XYZ方向への並進運動とのことですね。

二原子分子の場合、これら3自由度の並進運動に加え、回転の自由度を加えるとのことでした。
回転は、二原子分子の線分をたとえば、z軸にそろえて載せた場合、X軸...続きを読む

Aベストアンサー

>振動は含めないと言うことは、考慮すべきは並進運動と回転運動ですが、並進運動
>は常にXYZの三つ、回転については直線型分子だと2、屈曲した分子ならば3と、「常
>に」考えてもよいでしょうか。
>
>『Q4:これも、ご推察のとおりです。3個以上の原子からなる"剛体"としての
>分子の場合、古典物理学的には自由度は最大6なのですね。』
>ということは、この考えは正しいかと存じますが、いかがでしょうか。
>例えば、4原子分子の場合でも、直線ならば回転は2、屈曲ならば3でしょうか。
>
>複雑な形をした分子、例えば、人間のように四肢があるような形をした分子の場合、
>右手だけの回転、左足だけの回転、など複雑な回転機構が考えられそうですが、剛
>体と考えるならば、このような回転の自由度は考慮しなくてよさそうですが、いか
>がでしょうか。

 はい、そのとおりです。
 3原子分子以上の多原子分子でも、直線状の分子なら、回転の自由度は2、それ以外の形状なら回転の自由度は3となります。どんなに複雑な形状を持つ分子の場合でも、剛体なら、回転の自由度は2または3となります。これは、次のように説明されます。
 多数の粒子が、互いの相対的な位置関係を崩さないで、まとまり(粒子系)を作っているとします。つまり"剛体"を、極く小さな構成粒子の集団と見なしてしまおうということですね。
 任意の座標系を用意して、粒子系の全ての粒子の座標を確定するには、何種類の情報が必要なのかを数え上げたのが、自由度と呼ばれる数値です。
 そのうち、特に、粒子系の中の任意の1つ(Pとしましょう)に固定した座標系(Pは座標の原点に在るものとします)を考え、物体系が任意の回転をしたとき、他のすべての粒子(Qi)の位置を表そうとすれば一体いくつの情報量が有れば済むのかを数え上げたものを、回転の自由度と呼ぶのです。剛体の回転を考える時には、粒子間の相対的な位置が確定しています(互いの相対的な距離は変わりません)から、必要な情報は、Qiが、Pから見て、x軸周りにθ、y軸周りにφ、z軸周りにδ回転した、という情報だけです。
 たとえば、地球から見ると、各星座は一斉に同じ方向に日周・年周運動しているように見えます。これは、地球と星座を作っている恒星とが、相対的な位置関係を保ったままになっているので、或る天体(地球)から見て、任意の恒星(ペテルギウス)の回転さえ知ることができれば、他の任意の恒星位置が確定されるのと同じことです。
 つまり、θ,φ,δの3つの情報を知ることができれば、全てのQiの、Pに対する相対的な位置を確定できるわけです。このことを、回転の自由度が3であるというのです。
 ただし、物質系の粒子の位置関係によっては、θ,φ,δのどれかが何°であっても位置関係確定には影響しないこともあります。たとえば、x軸上に全ての粒子が配置されているとき、x軸周りの回転角度θがいくつかという情報は価値がありません。無意味ですね。このような場合は、回転の自由度がθの分だけ、1つ減ることになります。しかし、多粒子系なら、2方向の軸周りの回転情報が同時に無意味になることはありえません(x軸上とy軸上の2つの軸方向にすべての粒子が並ぶというようなことはあり得ません)から、剛体の回転の自由度は最低でも2、最大でも3なのです。

>振動は含めないと言うことは、考慮すべきは並進運動と回転運動ですが、並進運動
>は常にXYZの三つ、回転については直線型分子だと2、屈曲した分子ならば3と、「常
>に」考えてもよいでしょうか。
>
>『Q4:これも、ご推察のとおりです。3個以上の原子からなる"剛体"としての
>分子の場合、古典物理学的には自由度は最大6なのですね。』
>ということは、この考えは正しいかと存じますが、いかがでしょうか。
>例えば、4原子分子の場合でも、直線ならば回転は2、屈曲ならば3でしょうか。
>
>複雑な形をした分...続きを読む

Q単原子分子で比熱比γが5/3の気体Aと2原子分子で

単原子分子で比熱比γが5/3の気体Aと2原子分子で比熱比が7/5の気体Bがある。
最初、圧力、体積、温度が等しい状態から断熱圧縮で体積を最初の体積の1/2にした。
このときAとBの気体について、気体がした仕事の比、最後の状態の圧力の比、温度の比を求めよ。

仕事の比は1.10、圧力の比は1.20、温度の比は1.20になるそうなんですが、わかりません。

計算の過程を教えてください。
おねがいします。

Aベストアンサー

断熱変化では
 P・V^γ=一定
という関係が成り立っています。

出発時の圧力をP,体積をV,絶対温度をTとします。
体積が(V/2)になった時の圧力をP',絶対温度をT'とします。

P・V^γ=P'・(V/2)^γ
ですから
P'/P=((V/2)^γ)/(V^γ)=2^γ
∴求める圧力比は 2^(γ-γ')=2^(5/3-7/5)=1.20

状態方程式が成り立つとして
PV=nRT
P'・(V/2)=nRT'
P'=P・2^γ でしたから
nRT'=(P・2^γ)・(V/2)=PV・2^(γ-1)=2^(γ-1)・nRT
∴T'/T=2^(γ-1)
∴求める絶対温度の比は 2^((γ-1)-(γ'-1))=2^(γ-γ')=1.20

断熱変化の場合、仕事は、p・dVから計算するのではなく、熱力学第1法則から求めた方がスッキリします。

断熱変化なので、外部から出入りした熱量Q=0ですから、ΔU-W=Q
気体がされた仕事Wは、 W=ΔU と評価できます。
気体がした仕事なら -Wですが、今問題にしている仕事の比率では、した仕事で評価しても、された仕事で評価しても同じ結果になりますから、どちらで計算しても構わないはずです。

ΔU=nCv・ΔT
です。
T'/T=2^(γ-1) でしたから ΔT=T'-T=(2^(γ-1)-1)・T です。
一方、 Cp-Cv=R , γ=Cp/Cv でしたから
Cv=R(γ-1)なので Aでは Cv=3/2, Bでは Cv=5/2 であることがわかります。

∴求める仕事の比は
 {n・Cv・(2^(γ-1)-1)T}/{n・Cv'・(2^(γ'-1)-1)T}
= {(γ-1)・(2^(γ-1)-1)}/{(γ'-1)・(2^(γ'-1)-1)}
=1.10

断熱変化では
 P・V^γ=一定
という関係が成り立っています。

出発時の圧力をP,体積をV,絶対温度をTとします。
体積が(V/2)になった時の圧力をP',絶対温度をT'とします。

P・V^γ=P'・(V/2)^γ
ですから
P'/P=((V/2)^γ)/(V^γ)=2^γ
∴求める圧力比は 2^(γ-γ')=2^(5/3-7/5)=1.20

状態方程式が成り立つとして
PV=nRT
P'・(V/2)=nRT'
P'=P・2^γ でしたから
nRT'=(P・2^γ)・(V/2)=PV・2^(γ-1)=2^(γ-1)・nRT
∴T'/T=2^(γ-1)
∴求める絶対温度の比は 2^((γ-1)-(γ'...続きを読む

Q感電を体感する装置を考えています。当然人体に影響がないレベルで、電気を感じてもらう装置です。

電を体感する装置を考えています。当然人体に影響がないレベルで、電気を感じてもらう装置です。
それにあたりどういう機器等が必要か知りたいです。

電圧はAC?DC?何Vくらい?入力はAC100Vを使用したいので、、トランス、パワーサプライのようなもので電圧をさげる?
電流は何μAくらい?
電圧、電流は調整できる方がよいのか?もし調整するならどういった機器か?
棒のようなものを2本用意して、人がにぎるようにしたいので、棒の素材はどういうものがよいのか?
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

ご存知かもしれませんが、体内に電流が流れると意外と小さな電流で死んでしまいます。
http://www.ee.kansai-u.ac.jp/jikkenjo/topmenu/kanden.htm
人体の抵抗は、汗ばんでいる人や乾燥している人で個人差がありますが、数十kΩから数百kΩぐらい。ここに100V加えると1mA程度ですから、もうちょっとで危険ですね。

低周波発振器があれば、数ボルトでも周波数を上げていくと感電します。具体的な数字は忘れてしまいましたが、数十kHz程度だったと思います。ゆっくり周波数をあげていかないと途中で火傷するかもしれませんので慎重に。

やっぱり安全なのは、静電気かな。

Q静電気の実験をしようと思ってます

界面活性剤の効果を調べたくて、塩ビ板の表面に界面活性剤を塗布し、裏面にはなにも施さないで、帯電防止効果を計測しようと思っています。
すでに帯電している塩ビ板の表面に界面活性剤を塗布したら、裏面の帯電もなくなってしまいました。
この現象をわかりやすく説明していただけませんか?
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

 板の場合ですと、表面・端面・裏面にほぼ同じように電荷が溜まっています。端面はちょっと事情が違うのですが、理解するには問題ないので、同じようだと考えて構いません。
 この電荷というのは、余計に溜まった電子のこともあれば、原子核の周りにある電子が不足した状態のこともあります。

 分かりやすさのため、電子が余計に溜まっているとして考えを進めてみましょう。
 この電子は小さいものに溜まった弱い静電気でも非常にたくさんあります。電子同士は同じマイナスの電気で、同じだと反発しあいます。

 反発しあう結果、電子は等間隔に並びます。もしそういう等間隔より近い電子二つがあれば、その電子同士の間に働く反発力が強く、それらの反対側からかかる他の電子の反発力が弱いため、すぐに離れて、結局は全ての電子が等間隔に並びます。

 これらの電子が、塩ビ板の表面と裏面にびっしり等間隔に並んでいるわけです。表面の一部でもいいので、この電子を塩ビ板から取り去ってやるとします。仮に丸く取り去るとしましょうか(四角でも三角でもなんでもいいんですけど)。

 すると、電子が丸く取り去られた周囲にはまだ電子があるわけですが、丸く取り去られた部分からの電子の反発力はなくなっていますが、その反対側からは反発力が掛かっています。
 すると、丸く電子を取り去った部分の周囲から、次から次へと電子が流れ込んでいき、また前よりまばらですが、やはり電子が等間隔に並んだ状態になります。表も裏も等間隔です。

 これを何度も繰り返したら、まばらの度合いが増していき、ついには余計に溜まった電子が無くなり、静電気も消えます。

 表面だけ静電気を取り去ろうとすると、上記のような感じで、裏面も丸ごと静電気の素になっている電子を取り去ることになるわけです。
 ですから逆に、表面だけ静電気を消して、裏面だけ静電気を残すことはできないのです。常に表裏平等に静電気があるか、無くなってしまうか、どちらかしかできないのです。

 ちなみに、電子が不足して静電気がある場合も同様です。このときは、電子を与えて行くのですが、部分的に与えても、上と同じような感じですが、原子あるいは分子でもいいですが(これも等間隔)、電子の足りなさが等間隔になるよう散らばって行きます。

 余談ですが、静電気は尖った物に溜まりやすい性質があります。これをうまく使ったのが避雷針だったりします。

 板の場合ですと、表面・端面・裏面にほぼ同じように電荷が溜まっています。端面はちょっと事情が違うのですが、理解するには問題ないので、同じようだと考えて構いません。
 この電荷というのは、余計に溜まった電子のこともあれば、原子核の周りにある電子が不足した状態のこともあります。

 分かりやすさのため、電子が余計に溜まっているとして考えを進めてみましょう。
 この電子は小さいものに溜まった弱い静電気でも非常にたくさんあります。電子同士は同じマイナスの電気で、同じだと反発しあいます...続きを読む

Q鏡で視力検査をしようと思ったら

たとえば、距離を1m離して視力を測る紙で視力を測ろうとしたら1m離せば大丈夫ですが、
自分の真横に視力検査の紙を置いて鏡越にその紙を見た場合、鏡に映った視力検査の紙は
「自分から鏡までの距離1m」と「鏡から紙までの距離1m」を足して2mにならないのでしょうか?
1m離れた所にある鏡から1m離れた紙を見るから2m。
見ているのは鏡から1m離れた紙だから1m。
どちらが正しいのでしょうか?
お時間ある時にでも、お暇なときにでも回答いただけたらうれしいです。

Aベストアンサー

>鏡に映った視力検査の紙は「自分から鏡までの距離1m」と「鏡から紙までの距離1m」を足して2mにならないのでしょうか?

 そうなります。
 鏡によって、見かけ上、空間の大きさが2倍になりますから。
(鏡の前の現実空間)+(鏡の後ろ側の鏡に映された仮想の空間)

 ただし、鏡によって、鏡の向こう側の現実空間は見えなくなりますので、「見える空間」が大きくなるわけではありません。

>見ているのは鏡から1m離れた紙だから1m。

 あなたが鏡の位置にいて見ているわけではありませんから。あなたと鏡も1m離れています。

 鏡が平面鏡で、「鏡の前の現実空間」と「鏡の後ろ側の鏡に映された仮想の空間」の縮尺が同じなので面白くありませんが、凸面鏡・凹面鏡などで「鏡に映された仮想の空間」の距離の縮尺を変えると、もっと面白いことが起きますね。
 見かけ上距離が変わるが、光速度は一定・・・。


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