平行平板コンデンサーに非常に高い電圧をかけ、その間に水を入れたコップを置きます。水の分子は分極しているから、静電場で向きが多少とも揃うでしょう。これをじっくり冷やしていきますと、普通でない氷ができそうな気がします。
また、このような強い静電場下では生体細胞内のイオンや酵素も引っ張られて、正常な生化学反応が出来なくなりそうです。
こんなことがほんとに起こるでしょうか?その時の電圧はどの位だと考えられるでしょうか?

A 回答 (7件)

stomachman さんこんにちは。


いつも様々な質問に対するstomachmanさんの専門性豊かな回答を楽しみに読ませて頂いている者です。

さて,「水」の専門家に聞いた所によると,「水」に関する研究は,戦後,相当数行われており,それらを調べると回答まで行かなくてもヒントが見つかるような気がします。ですので,文献検索されてみたら如何でしょうか?

ただ,その研究結果が何処にあるかは分かりませんが・・・

個人的には,「普通でない氷」ができそうな気がします。

(アドバイスになってなかったですね。ごめんなさい。)

この回答への補足

良いアドバイスを有り難うございます。
水や氷の文献って、結構トンでも系のものが多くて、探すのが難しいんですよね。どんなキーワードが良いのかなあ?

補足日時:2001/01/10 14:52
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こんにちはstomachmanさん。


さて,「浅川効果」について,色々調べました。

ところが,これといったものに巡り会うことができませんでした。
唯一まとも(?)と思えるのは,「生物・環境産業のための非熱プロセス事典」という本に若干記述されているあたりかな~という感じでした。と言っても,この本を手にとって読んだわけではありませんので,どの程度記述されているか不明ですが・・。ただ,編集委員の先生方はキチンとした研究実績のある方ばかりなので,内容はきっとしっかりしたものだと思います。
人様に,本を紹介する時に,読んだ事の無い本を紹介するのはとても気が引けるのですが,これが一番良いように感じられましたので,参考としてこのような本があるという程度に紹介させていただきます。

ちなみに詳細のURLを下に記述しておきますので,興味があればご覧下さい。
こんな返答しかできない自分が情けないですが,きりがありませんので,私の書き込みはこれで終わりにさせていただきます。

これからも,stomachmanさんの物理学に対する様々な意見・回答を楽しみに読ませて頂きますので,ご活躍を期待しております。
ありがとうございました。

参考URL:http://www.sphere.ad.jp/tic-co/hon/97111002.htm
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この回答へのお礼

ほんとうに。本当にどうも有り難うございます。ここまで長期に渡って調べてくださるなんて!! 感激してます。

 この本の目次には、やっぱりアブナ系のものも並んでいるようで....科学的公平さを優先すると、グレーのものは切り捨てられないんだと思います。

 この項、これを以て閉じようと思います。有り難うございました!!!

お礼日時:2001/01/23 22:23

浅川効果とは,「高圧電線下を流れる川の上に,絶えず「もや」がかかるというもの」だったと思います。

(←私も「ホンマカイナ?」と思ったことがあります。)
実は,私も,何かの科学雑誌で目にしたことがある程度でして・・・詳細は良く分かりません。ごめんなさい。

水に関しては,食品工業34巻2号(1991)に「あたらしい水の特性1」という特集が組まれており,久保田さんという方が研究の動向という総説をお書きになってらっしゃいます。
(読み返してみたらなかなか面白かったです。)ただ,この中で述べられている,水の研究の歴史に関しては,stomachmanさんのおっしゃる「トンでも系」の事例が結構紹介されていて,狐に鼻を摘まれたような感じになってしまいました(笑)。

まあ,水というものがハッキリ理解されていないという証拠だとも思いますが・・・

私も浅川効果で検索したら4件ヒットしました。恐らく同じものを見たのでしょう。
もう少し調べてみようと思います。

この回答への補足

わざわざ調べてくださって....本当にありがとうございます。水って怖いですねえ。

補足日時:2001/01/12 09:20
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またまた,こんにちは。

kenwatchです。

さて,静電場ではありませんが,動磁場における水の状態を説明した浅川効果というのがありますよね。
こんなあたりから探っていったら静電場(静磁場)の文献に行き着かないものでしょうか。

それから,もし,NMRを扱える環境にいらっしゃるならば,実際に実験してみたら良いと思います。こちらは静磁場ですが・・・(まあ,考えようによっては同じと見なせないこともないかな・・。電界と磁界は内積が0なだけですから。)
ただし,この場合,水(氷)の測定方法及び測定結果の評価方法を熟考してから実験しないと,何をやっているのか分からなくなってしまう可能性がありますので,注意が必要だと思います。
「言うは易し」ですね。

また,ろくなアドバイスになってませんでした。再びごめんなさい。

この回答への補足

浅川効果。知りませんでした。
ってんで早速gooでやったら4件hitしましたが、全部トンでも系のようです。"Asakawa Effect", "Asakawa's Effect"ではhitなし。
簡単に教えていただけませんでしょうか、浅川効果って?

補足日時:2001/01/10 20:38
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 電極を直接水に入れた場合と同じように考えて


良いのかわかりませんけど「非常に」高い電圧で
は電気分解が起こるのではないですか?つまり、
酸素と水素に分かれてしまうのではないでしょう
か?
 氷に関しては分子の向きが揃っている事を結晶
というので、冷えるのが多少早くなるだけだと思
います。普通の氷だと思います。
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この回答へのお礼

レスありがとうございます!

電極を水に漬けるのと違って、電流は流れないので、電気分解はないと考えています。

お礼日時:2000/12/23 06:35

氷はどうでしょうかね?


とりあえず、、氷結晶中の水分子は電場中では配向してるかも知れませんが、電場中から出すと水素結合がランダムに切れたり作られたりすると思うので、しばらく待つと配向のエネルギーが放出されて、普通になってしまうような気がしまね。

この回答への補足

なるほどなるほど。電場から出してしまったとき相転移が起こるかどうか、ですね。やっぱり起こるでしょうね。さもないと、タネだけ電場中で作って、あとは電場外で成長させられるってことになりそう。?そうなのか? あれ??

氷って、何種類あるんでしたっけ?(教えてください。)圧力と温度の相図で区別できるものばかりですよね。 もちろん、圧力と温度を変えれば、ice IVが普通のice I になる、などという相転移は起こる。

この場合、電場から出さない状態では、それらとは違う氷ができるんじゃないか、ということが疑問でして...

補足日時:2000/12/23 06:35
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調べたことはないので、回答は出来ませんが、影響はあると思います。

ただ、低分子は常温以上なら熱運動によって電場等の影響が平均化されてしまうのではないでしょうかね。細胞では、イオンがたくさんあるし、分子自体も普通分極してますし、イオンポンプ蛋白質で膜内外の電場勾配を作ったりしてますから、外部からの電場・磁場の影響はあるはずです。

以前、蛋白質を電場中に入れて(その後磁場中にも入れて)一方向に配向させてからゲルで固めた試料を扱ってる論文を読んだことがあります。これはイオンをポンプする蛋白質だったので、ゲルで一方向に向けた試料を活性化させると電流が観測される、というものでした。ただ、その測定自体は電場外でのものなので電場中ではどうなるか明確には分かりません。しかし、生体中の物質も特別なものではないので、さっきも書きましたが電場や磁場に当然影響されるでしょう。どの程度の強さで変化するかは、場合によると思います。
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この回答へのお礼

回答早いっ!ありがとうございます。
水の場合は、馬鹿馬鹿しいほど強い電場でないと、ということでしょうかね。

お礼日時:2000/12/12 20:49

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Q過冷却について

過冷却はなぜ起こるのですか?
現象としの理論は大体わかったのですが、それがエネルギー的にどうなのか、がいまいちつかめません。
教えてください。

Aベストアンサー

過冷却がなぜ起こるのか?と問われれば、その答えは「融点以下の液相は固相として存在するのが熱力学的に最も安定だが、実際に凝固するためには「核発生」というきっかけが必要だから」という答えになります。

過冷却現象はエネルギー的な安定の観点からだけでは説明できません。動的な成長理論(核発生理論)を考えて初めて説明されます。
エネルギー収支からの検討は「ある温度(と圧力)のもとで、その物質はどんな状態として存在するのが一番安定か」を教えてくれます。例えば氷点下1℃なら「水は固体として存在するのが安定」です。しかし「どれくらいの時間をかけたらその状態に至るのか」は教えてくれません。その状態に1秒で移行するかも知れませんし、1億年かかるかも知れません。

「熱力学的に安定ではないのだが存在できている」例で、一番分かりやすいのがダイヤモンドでしょう。常温常圧における炭素の安定相はグラファイトでありダイヤモンドではありません。ダイヤモンドは本来、常温常圧では存在してはいけない物質なのです。
しかしダイヤモンドがグラファイトに転化するには、とんでもなく高いエネルギー障壁を乗り越えて構造を組み換えねばなりません。この組み換えが起こる確率は非現実的なほどに低いので、事実上常温常圧でもダイヤモンドはダイヤモンドのまま存在できます。

0℃以下になった水も、その安定相は当然に固体である氷です。ところが上記のダイヤモンド→グラファイトの場合と同様、水が氷に変化するにはある障壁を乗り越えなければなりません。実際にはその障壁は大して高くないので水を凍らせるのは別に難しくないのですが、いずれにしても「きっかけが必要」とは言えます。
水に限らず液相→固相の変化において、このきっかけ(あるいは障壁)に相当するのが「核発生」です。核発生理論についてはすでに十分な検討がなされ、学説としては確立しています。

いま液体が融点以下に冷やされて、下の図のように液体の中に小さな固体の粒(核)が発生したとします。この粒は大きく成長できるのでしょうか、それともやがて消滅してしまうのでしょうか。

 液体
   / ̄\
   │固体 │
   \_/

この場合のエネルギー収支を考えてみると
・液体が固体になったことによりエネルギー的に得した分(潜熱放出)

・液体と固体との境界が生じたことによりエネルギー的に損した分
があります。後者のことを「界面エネルギー」などと呼びます。界面エネルギーの概念はややなじみにくいかとも思いますがとりあえずは、異なる相が接している場合にその部分に余分なエネルギーが必要になる、と理解すればよいでしょう。
さて、液体が固体になったことによる自由エネルギー低下分は固体部分の体積、すなわち半径の3乗に比例します。後者は表面積に比例しますから、結局半径の2乗に比例します。これらを差引きして考えると、半径rが大である核ほどエネルギー的に安定であることになります。逆に小さな核はエネルギー的に不安定なため、やがて消滅してしまうことになります。
「小さな核はやがて消滅してしまうのであれば、いつまでたっても核は成長できないのではないか?」
これもおっしゃる通りです。しかし実際には核は生成します。それはどういうことかと言うと、分子は常に離合集散を繰り返しているわけですが、その集合体がたまたま生き残れるために必要な大きさに(確率的に)達したとすると、その先は安定して成長できるようになるからです。

もう少し、数式も取り入れながら説明したいと思います。
いま液相中にnモルの固相が析出し半径rの結晶相(固相)が発生したとします。その場合の自由エネルギー変化ΔG(n)は
ΔG(n)=4πr^2 γ-nΔμ  (1)
と表されます。γは液相-固相の界面エネルギー、Δμは1 molあたりの自由エネルギー変化です。Δμは過飽和度(過冷却度)の関数であり、過飽和度が大きくなればΔμも大きくなります。

析出する結晶相を球形に近似すれば、結晶相のモル体積をνとして
ΔG(r)=4πr^2 γ-(4πr^3 Δμ)/3ν  (2)
と表されます。
(2)をrで微分して0に等しいとおくと、ΔG(r)が極大をとるrの値が
r=2γν/Δμ  (3)
と求まります。
このrの値を臨界半径(臨界曲率半径)などといいr*で表します。これ以上大きいサイズの原子クラスター・分子クラスターであれば、大きくなればなるほど自由エネルギーが下がりますから安定して成長することができます。
Δμを大きくすれば、換言すれば過冷却度を大きくすればr*は小さくなり、確率的なゆらぎで発生した核は小さいものでも生き残れるようになります。よって水の場合、0℃ではすぐに凍らなくとも、-1℃、-2℃と温度を下げればΔμが大きくなり、ついには発生した核が安定して成長し次々と凍ることになります。これが過冷却現象の正体です。
核発生についてご興味があれば参考ページの[1]などもご覧ください。

ついでに、正しい知識について整理しておきましょう。
水を0℃以下の場所に置けばいずれはその場所と同じ温度になるのは確かです。そしてその温度になるのであれば、どれだけ時間がかかろうとも最終的には凍ります。大気圧で0℃以下の環境における水の安定相は、液体でなく固体だからです。「大気圧で0℃以下の環境で、液体の水は平衡状態にはない」なんて当たり前のことを言っているに過ぎません。
過冷却によって0℃以下の水が液体の状態を取りうるのは事実ですが、それは過渡的な現象に過ぎません。「いずれは」と言うなら仮に過冷却がおきようとも、水は最終的に「氷になる」というのが正しい帰結です。過冷却がおきたからといって、0℃以下の環境において水が安定相となることはあり得ません。

また過冷却の水が凍り始めれば確かに潜熱を放出し水の部分の温度は上がります。しかし水の部分の温度が0℃になったからといって凝固が停止するわけではありません。0℃(より厳密に言うなら水の融点)において、水と氷は任意の割合で共存できます。「過冷却状態の水の当初の温度によって、0℃になった時の氷水の氷/水の分量が違ってくる」というのは何かの間違いでしょう。水/氷の系と外界との間にエネルギーのやり取りがないなら分量は変わってきますが、今は「系を0℃に保つ」という条件を付けているのですから、系と外界との間にエネルギーのやり取りがあることは前提となっています。
「-80℃の過冷却状態の水なら、わずかの刺激で全部凍る」というのは間違いではありませんが、「-80℃より高温の過冷却状態の水なら、必ず水の部分が残る」というのは間違いです。上記と同様に外界との間にエネルギーのやり取り(具体的には系からの熱の排出)があるからです。外界とのエネルギーのやり取りがない(完全断熱条件)なら正しいです。

【参考ページ】
[1] 核生成 http://www.jsup.or.jp/shiryo/tenbo.html#h13
「第3章 無容器浮遊溶融プロセシング 資料(2)」のpdfファイルをダウンロードしてお読み下さい。

参考URL:http://www.jsup.or.jp/shiryo/tenbo.html#h13

過冷却がなぜ起こるのか?と問われれば、その答えは「融点以下の液相は固相として存在するのが熱力学的に最も安定だが、実際に凝固するためには「核発生」というきっかけが必要だから」という答えになります。

過冷却現象はエネルギー的な安定の観点からだけでは説明できません。動的な成長理論(核発生理論)を考えて初めて説明されます。
エネルギー収支からの検討は「ある温度(と圧力)のもとで、その物質はどんな状態として存在するのが一番安定か」を教えてくれます。例えば氷点下1℃なら「水は固体として存在...続きを読む

Qプランク定数を測定する実験に関して

プランク定数を求める際に以下のサイトでは次のような注意を促しています。
「分光系の感度が520nm 付近で高いため,これより長波長側ではわずかに短波長側の散乱光の影響を受けることがある。よって,539nm〔-2°〕より長波長側では付属の色ガラスフィルター(0-54)をホルダーに挿入して使用すること。」
なぜ「分光系の感度が520nm 付近で高いため,これより長波長側ではわずかに短波長側の散乱光の影響を受けることがある」のか、そしてなぜ「フィルターによってそれを防止できる」のかわかりません。どなたか教えていただけないでしょうか?
http://www.shigaec.ed.jp/kagaku/05shisets/katsuyo/kiki_phys_10.pdf

Aベストアンサー

>「分光系の感度が520nm 付近で高いため,これより長波長側ではわずかに短波長側の散乱光の影響を受けることがある」

この記述は、ごく、当り前のことを述べているだけです。この分光系の感度のピークが520nmですから、これより長波長の光を取り出そうとした場合、どうしても、短波長の成分が混じってしまいます。ですから、短波長の成分をカットするような、フィルターが必要なのです。


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