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炭素の電気伝導率を教えてください。炭素は、電気の良導体であると聞きますが、どの程度の良導体なのでしょうか?銅には勝てないですよね・・・?
ひょっとして、鉛や、鉄には勝つのでしょうか・・・?

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A 回答 (3件)

炭素(黒鉛)の電気抵抗率(0℃)は 1375.0×10^-6 Ωcm


銅(20℃)は 1.6730×10-6 Ωcm
鉄(20℃)は 9.71×10-6 Ωcm
鉛(20℃)は 20.648×10-6 Ωcm
ビスマス(0℃)は 106.8×10-6 Ωcm
マンガン(23~100℃)は 185.0×10-6 Ωcm

黒鉛の抵抗率は、金属の中でも抵抗率の大きいマンガンやビスマスと比較しても1桁大きく、黒鉛は導体としては金属に勝てないということになります。

※電気伝導率(単位 S/cm)は電気抵抗率(単位Ωcm)の逆数です。
※データは化学便覧基礎編改訂4版
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この回答へのお礼

ありがとうございます。もうひとつ教えていただきたいのですが、銅線をコイルにして、磁界の中を移動させると起電流が発生しますが、ナイロン糸などを、高温で炭化し、炭素線にしたものをエナメル絶縁しコイルを作った場合、同様に磁界の中を移動させたときに起電流は発生するのでしょうか・・・?
金属の中を電流が通るのは、自由電子の働き、炭素の中を電気が通るのは、格子の仕組みと聞いておりますが、炭素に磁界は反応しますjか・・・?

お礼日時:2005/07/03 16:41

No.2の補足です。


真空でもよいと書いたのは磁石が動く場合です。
磁石を固定して物体を動かす場合は、物体の中に含まれるすべての荷電粒子に、磁界を横切ることによるローレンツ力がかかります。これが起電力の原因です。
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No.1の補足への回答です。



磁界が変化すると起電力が発生するのは、物質とは関係ありません。したがって、導線が何でできているか、自由電子があるか、抵抗率がいくらかとは関係がありません。それどころか、真空でもいいのであって、磁場が変化すればそのまわりに環状の電界が発生します。なぜなら、この現象はマクスウェル方程式の

 rot E = -∂B/∂t

によるものだからです。

rot:回転、E:電界(ベクトル)、∂:偏微分、B:磁束密度(ベクトル)、t:時間
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Q炭素棒の抵抗

金属の抵抗は温度があがるほど大きくなると習いました。
たしか、金属の場合は原子の熱運動が自由電子の移動をじゃまするから
抵抗が大きくなると習ったような気がします。

炭素棒(鉛筆の芯)では逆の結果の温度が高くなるほど抵抗が小さくなります。
どうしてですか?
回答よろしくお願いします。

Aベストアンサー

物質の電気抵抗(抵抗率)はおっしゃるように温度とともに変化します。
温度を上げた場合、物質の電気伝導に関しどのような変化が起きるかですが
(1)原子(結晶格子)の熱的な振動が激しくなり、自由電子を散乱させる (↓)
(2)励起されて生じる自由電子の数が増える (↑)
(3)自由電子のエネルギー分布が全体に高エネルギー側にシフトし、不純物散乱を受けにくくなる (↑)
などがあります。それぞれの項目の最後に付けた(↓)(↑)は、それぞれ伝導率を下げる要因・上げる要因であることを示します。(抵抗率で考えれば当然その逆です)

実際の物質では(1)~(3)の兼ね合いがあるため、抵抗率の温度変化の現れ方はさまざまです。
金属はbuchurinさんのおっしゃるように温度とともに抵抗率は上がります。金属の場合初めから励起は十分になされていて、温度を上げても自由電子はそれ以上ほとんど増えません。すなわち(2)の効果はほとんどなく、それに対し(1)の熱的な振動による散乱だけが大きくなるために、トータルとして抵抗率が上がるわけです。
一方、これもご承知かと思いますが半導体は温度を上げると抵抗率が下がります。これは(2)の効果が(1)より大きいことによります。

では炭素(グラファイト)の場合どうなのか? グラファイトは(2)の要素があるために、ある温度範囲においては温度を上げるほど抵抗が下がると考えられます。参考ページ[1]をご覧ください。

【補足】参考ページ[1]では「100[K]を超えた付近から抵抗率ρの増加が抑えられる」とだけ記されています(ρそのものが下がるとの記述がない)。一方、黒鉛メーカーの製品紹介ページ(例えば[2])を見ると確かにρは減少にまで転じています。これらは本質的に同じ要因(上記の(2))によると思われますが、完全に同一であるか確認するまでには至りませんでした。そのような理由で回答を「自信なし」にしました。すみません。

[1] http://www.appi.keio.ac.jp/ohashi/graphite1.htm
[2] http://www.tokaicarbon.co.jp/products/yakin01.shtml

参考URL:http://www.appi.keio.ac.jp/ohashi/graphite1.htm, http://www.tokaicarbon.co.jp/products/yakin01.shtml

物質の電気抵抗(抵抗率)はおっしゃるように温度とともに変化します。
温度を上げた場合、物質の電気伝導に関しどのような変化が起きるかですが
(1)原子(結晶格子)の熱的な振動が激しくなり、自由電子を散乱させる (↓)
(2)励起されて生じる自由電子の数が増える (↑)
(3)自由電子のエネルギー分布が全体に高エネルギー側にシフトし、不純物散乱を受けにくくなる (↑)
などがあります。それぞれの項目の最後に付けた(↓)(↑)は、それぞれ伝導率を下げる要因・上げる要因であることを示します。(抵抗率で考えれば...続きを読む

Q抵抗率と導電率がよくわかりません

抵抗率と導電率がよくわかりません
金、銀、銀、アルミ、白金で抵抗率と導電率の高い順番はどうなりますか?

Aベストアンサー

電気分野からの視点で回答します。
抵抗率…電流の流れにくさ
導電率…電流の流れやすさ



導体の抵抗は長さに比例し断面積に反比例します。導体の抵抗R=ρl/A[Ω]で表されます。


抵抗率ρ(ロー)は※物質によって決まる定数で
ρ=RA/l[Ω・m]←の式で表されます!
Rは抵抗[Ω]
Aは断面積[m×m]
lは長さ[m]


導電率σ(シグマ)は抵抗率の逆数なので
σ=を1/ρ[S/m]で表されます。



抵抗率の高い※物質(金属)順に
白金 1.06pΩ
アルミニウム0.275pΩ
金 0.24pΩ
銀 0.162pΩ

p(ピコ)=10の-9乗のことです。


日常生活において水に例えると!
同じ直径のホースを2本用意
1本は10m もう1本は100m
同じ勢いだと100mのホースが抵抗率が高いといえます!

Q金属、半導体の抵抗の温度変化について

金属は温度が高くなると抵抗が大きくなり、半導体は温度が高くなると抵抗が小さくなるということで、理論的にどうしてそうなるのでしょうか。
金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?
半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。
あと自分で調べていたところ「バンド理論」というのを目にしました。
関係があるようでしたらこれも教えて頂くとありがたいです。

Aベストアンサー

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体の中において金属の自由電子に相当するものは、電子とホールです。この2つは電流を担う粒子ですので、「キャリア」(運ぶ人)と言います。
ホールは、半導体物理学においてプラスの電子のように扱われますが、その実体は、電子が欠けた場所のことを表す「穴」のことであって、おとぎ話の登場人物です。
電子の濃度とホールの濃度に違いがあったとしても、一定の温度においては、両者の濃度の積は一定です。
これは、水溶液において、H+ と OH- の濃度の積が一定(10^(-14)mol^2/L^2)であるのと実は同じことなのです。

中性の水溶液の温度が高くなると、H2O が H+ と OH- とに解離しやすくなり、H2O に戻る反応が劣勢になります。
それと同様に、真性半導体においても、温度が上がると電子とホールが発生しやすくなるのに比べて、両者が出合って対消滅する反応が劣勢になるため、両者の濃度の積は増えます。
キャリアが増えるので、電流は流れやすくなります。

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体...続きを読む

Q熱伝導率と電気伝導率の関連性について

タイトルにも挙げたように金属や半導体における熱伝導率と電気伝導率はどのような関係を持っているのかがいまいち理解できません。分かる方がいらしたらぜひ教えてください、お願いします。

Aベストアンサー

 物質の熱とは格子振動、つまり原子核の振動なんですが、
それを伝えているのは通常電子なんです。
 熱せられ原子が振動しても、原子核同士が衝突する
わけでなないので、その振動(つまり熱)を伝える
担い手になっているのは、原子核の周りの電子及び電磁波なんです。

 ここでいきなり電磁波が出てきて少しフシギかもしれませんが、
電子も原子核を直接ぶつかっているわけではないので、
電子と原子核のエネルギーの交換の担い手としては電磁波が出てくる
のです。


 鉄を熱すると赤くなりますよね。つまり赤い光が
出てるわけじゃないですか。光ってつまりは電磁波
でしょ。周囲の電子、原子核に伝えても余るエネルギー
は電磁波のまま、物質の外に出てきてしまうわけです。

 熱した鉄に直に手を触れなくても、手を近づけた
だけで暖かく感じるのは、鉄の出す赤外線で熱せられた
空気の振動と、鉄の出す赤外線を直に人の手が
感じるからなんですが、いずれにせよ熱の伝達には電磁波が
つき物なんですが、電磁波は電子の運動で発生するもの。
だから、電子が自由に動ければ電磁波が発生しやすく
その電磁波が回りの電子に影響を与え、その電子が
動きやすければさらに電磁波の発生、そして周囲の格子振動
へと変わっていくわけです。(少しおおざっぱですが)
  動きやすい電子? つまり伝導帯にある自由電子が
多ければそれだけ熱は伝わりやすいのです。

 そのため一般には自由電子密度が大きい物質、つまり
金属は熱の良導体になります。自由電子が電流の
担い手であることはご存知ですね。

 ということで通常は熱の良導体は同時に電気の良導体に
なります。
 
 勿論例外も多々あります。その場合は自由電子が電気を運んで
いないわけです。ですから物質の電気的性質をより深く研究
するときは、その物質の比熱の変化とかいった熱力学的性質を
十分調べるのです。

 物質の熱とは格子振動、つまり原子核の振動なんですが、
それを伝えているのは通常電子なんです。
 熱せられ原子が振動しても、原子核同士が衝突する
わけでなないので、その振動(つまり熱)を伝える
担い手になっているのは、原子核の周りの電子及び電磁波なんです。

 ここでいきなり電磁波が出てきて少しフシギかもしれませんが、
電子も原子核を直接ぶつかっているわけではないので、
電子と原子核のエネルギーの交換の担い手としては電磁波が出てくる
のです。


 鉄を熱すると赤くなりま...続きを読む

QVA提案とVE提案の違いを教えて下さい。

こんにちわ。
VA提案とVE提案の意味の違いを教えて下さい。
宜しく、お願い致します。

Aベストアンサー

用語的には。
VA:Value Analysisの頭文字(価値分析)
VE:Value Engineeringの頭文字(価値工学)

VAは、おおざっぱに言って、既存の製品に対して改善を行う手法。
製品やその部品に対して、必要とされる機能や品質を考えて現状を分析し、コスト低下につながる代替案を提案する。
この部品は何のために使うのか →他に代替えになる物はないか →あるいは現状の品質がほんとに必要かなど。

VEは、開発設計段階から行う手法。
設計を行う場合に、機能や品質を満足するするに必要なレベルを考慮する。
(適正な材料の選択、適正公差、最適工法の選択、仕上げ方法の見直しなど)
不必要に過剰品質にならない、設計が複雑では製造段階での努力には限界がある、それらを含めて設計段階への提案。

現在では、VEの方が重視されている、もちろん既存製品に対するVA提案を受けて、次製品へのVE活動につなげていきます。

個人サイトですが「VEをもっと知ろう」
http://www.geocities.jp/taka1yokota/mypage4-ve1.htm
(VEの考え方がおおよそ分かると思います)

社団法人日本VE協会「VE基本テキスト」
http://www.sjve.org/102_VE/images/302_basic.pdf
(PDFファイルです)

こんな感じです。

用語的には。
VA:Value Analysisの頭文字(価値分析)
VE:Value Engineeringの頭文字(価値工学)

VAは、おおざっぱに言って、既存の製品に対して改善を行う手法。
製品やその部品に対して、必要とされる機能や品質を考えて現状を分析し、コスト低下につながる代替案を提案する。
この部品は何のために使うのか →他に代替えになる物はないか →あるいは現状の品質がほんとに必要かなど。

VEは、開発設計段階から行う手法。
設計を行う場合に、機能や品質を満足するするに必要なレベルを考慮する。
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Q空気中の放電距離と電圧について

交流電圧三相200Vで端子台に差し込んだファストン端子間でスパークしたような跡が発生したが、端子間に異物を接触した形跡はなく何らかの放電が発生したのではないかと思います。
200Vの電圧で約3mmの距離で放電が発生するでしょうか
ご教授の程よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。
空中放電は、湿度その他、各種の条件次第で、予想外に低い電圧で発生してしまう事があるようです。

また何らかの原因で端子電圧が一瞬上がったような場合はそれが引き金になる場合もあります。
誘導雷による事故はそういう例が多いでしょう。

わたし自身、100Vでアーク放電の実験中、電流制限用の抵抗器本体から、反対側のアーク端子まで約10cmの間、グロー放電のような放電が起きてしまい、びっくりして放電路を離して切った事があります。
抵抗器は黒焦げになりました。(爆)
この時の光の帯は直線ではなく、弓のようにアーチを描いていたのをはっきり覚えてます。
原因は突き止められませんでしたが、手が汗ばんでいた事、暑い日だった事から水分、汗の塩分が悪さをしたのではないかと想像します。

ですので、ありえるとだけお答えします。

Q炭素繊維(カーボン)は通電するの?

質問します。炭素繊維(カーボン繊維)は通電するのでしょうか。
もし通電するのであれば抵抗はどの様に測定できるのでしょうか。

Aベストアンサー

通電するといえばするといえましょう。炭素繊維は電気を通して暖房(特に床暖房)に使用されます。つまりニクロム線の代わりになります。ただ発熱が低く、構成にもよりますが通常50℃以上になならないので安全なヒーターです。

QNをkgに換算するには?

ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?一応断面積は40mm^2です。
1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?
ただ、式の意味がイマイチ理解できないので解説付きでご回答頂けると幸いです。
どなたか、わかる方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kgfです。

重力は万有引力の一種ですから、おもりにも試験片にも、地球からの重力はかかります。
しかし、試験片の片方が固定されているため、見かけ、無重力で、試験片だけに40kgfの力だけがかかっているのと同じ状況になります。

試験片にかかる引っ張り力は、

40kgf = 40kg×重力加速度
 = 40kg×9.8m/s^2
 = だいたい400N

あるいは、
102グラム(0.102kg)の物体にかかる重力が1Nなので、
40kg ÷ 0.102kg/N = だいたい400N


>>>1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?

いえ。
1kgf = 9.8N
ですね。


>>>一応断面積は40mm^2です。

力だけでなく、引っ張り応力を求めたいのでしょうか。
そうであれば、400Nを断面積で割るだけです。
400N/40mm^2 = 10N/mm^2 = 10^7 N/m^2
1N/m^2 の応力、圧力を1Pa(パスカル)と言いますから、
10^7 Pa (1千万パスカル) ですね。

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kg...続きを読む

Q誘電率(ε)と誘電正接(Tanδ)について教えてください。

私は今現在、化学関係の会社に携わっているものですが、表題の誘電率(ε)と誘電正接(Tanδ)について、いまいち理解が出来ません。というか、ほとんどわかりません。この両方の値が、小さいほど良いと聞きますがこの根拠は、どこから出てくるのでしょうか?
また、その理論はどこからどうやって出されているのでしょうか?
もしよろしければその理論を、高校生でもわかる説明でお願いしたいのですが・・・。ご無理を言ってすみませんが宜しくお願いいたします。

Aベストアンサー

電気屋の見解では誘電率というのは「コンデンサとしての材料の好ましさ」
誘電正接とは「コンデンサにした場合の実質抵抗分比率」と認識しています。

εが大きいほど静電容量が大きいし、Tanδが小さいほど理想的な
コンデンサに近いということです。
よくコンデンサが突然パンクするのは、このTanδが大きくて
熱をもって内部の気体が外に破裂するためです。

伝送系の材料として見るなら、できるだけ容量成分は少ないほうがいい
(εが少ない=伝送時間遅れが少ない)し、Tanδが小さいほうがいい
はずです。

Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

No1 の回答の式より
 E = hc/λ[J]
   = hc/eλ[eV]
となります。
波長が nm 単位なら E = hc×10^9/eλ です。
あとは、
 h = 6.626*10^-34[J・s]
 e = 1.602*10^-19[C]
 c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
 E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。


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