金属が導体であるのは、その結晶に自由電子が生じるからだそうですが、液体の状態でも電流はながれるのでしょうか?
それとも、液体でも結晶なのでしょうか??
(高温で抵抗が大きくなるというのは予想できるのですが、別問題ですよね。)
また、水銀はどうなるのでしょう?

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A 回答 (3件)

純金属や合金を融かしたものでは(液体金属)電流が流れます.


大体,金属ということを特徴づけることの一つが導電性ということですね.
液体金属の電気抵抗率は 10^(-6)~10^(-7) [Ω・m] のあたりで,
通常の金属と同程度です.

二人の方が述べられている水銀は常温で液体である唯一の金属元素です
(常温で液体である元素は他に臭素しかありませんが).
インジウムとガリウムの合金は融点が室温より低く(値は忘れました),
それら2つの金属を接触させると,そこのところから融けて液体になっていきます.

daraberu さんが書かれている Bi は半金属,Ge (Si も)は真性半導体ですが,
どれも融解させると金属的になります.

電子の移動による電気伝導が生ずるためには
(1) 分子内に束縛されずに結晶(あるいは液体)全体に広がった自由電子が存在すること.
(2) その自由電子が電流を運べる状況にあること
この2つが条件です.

例えば NaCl みたいなものですと,
電子は NaCl 分子に強く束縛されていてほとんど動けませんから,
(1)が満たされません.

Ge では,自由電子(本当はこの用語の使い方は正確さを欠きますが...)が存在しますが,
この自由電子が電子の抜けた後の正イオン(周期的に並んでいる)の影響を受けます.
この影響によって,電子の取りうるエネルギーに制限が生じ,
「こういうエネルギーの電子はありえません」というようなことになります.
半導体のバンド構造などといわれるのはこういうことです.
で,不幸にして(?),電流を運ぶのに「ありえないエネルギーの電子」が
必要な状況ですと,電流がほとんど流れません.
外からちょっと不純物を入れてやって状況を少し変えますと,
電流が流れるようになります.
純粋にした Si にちょっと不純物を入れて...,などの半導体の話はこういうことです.

さて,液体にしましても自由電子が存在するかどうかにはほとんど影響はありません.
つまり,条件(1)は結晶か液体かにあまり関係ありません.
ところが,条件(2)の方は,液体にすると正イオンが周期的に並んでいるという状況が
なくなってしまいます.
すなわち,「こういうエネルギーの電子はありえません」ということが
なくなります.
したがって,前項の「不幸(?)な状況」もなくなり,
結晶では半導体だった Si も融けると金属的になるのです.

> 液体でも結晶なのでしょうか
液体は結晶ではありえません.
なお,液晶の様な話はここでは考えていません.

> 高温で抵抗が大きくなるというのは予想できるのですが、別問題ですよね
おっしゃるとおり,別問題です.
高温で抵抗が大きくなるのは,正イオンの格子振動が大きくなるため,
電子の電場方向の移動が強く妨げられるからです.
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この回答へのお礼

 非常に詳しい解説ありがとうございました。
私にはちと難しすぎる部分もあるのですが、
本には「金属が結晶となるとき自由電子が生じ、そのため電気が流れ易くなる」
とあるのですが、「結晶か液体か」に関係ないのなら、
こんな書き方しなきゃいいのに…。
便宜上なのかなぁ?

 本当にありがとうございました。

お礼日時:2001/03/19 23:57

水銀の場合、常温で液体であることは誤ご存知


の事と思います。
このように、流動性を除けばその性質が金属
状態と変わらないものを、液体金属といいます。
BiやGeも融点以上で、こう言った液体金属に
なります。なぜ、こう言った液体物質にも電流
がながれるかという量子力学的な解明は、いま
だに研究されていると思われます。

液体の状態でも電流は、電圧をかなりかければ
電流はながれるでしょう。しかし、普通の金属
が液体となった状態で、上記であげた物質以外
が導体的性質をもつかというのは別問題だと思
います。
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この回答へのお礼

 なるほど、まだ解明されていない部分を含んでいる話なのですね。
だから、私の見た本は「金属が結晶状態で導体となる説明」だけをしてたのかなぁ?

 ありがとうございました。

お礼日時:2001/03/19 23:44

水銀についてだけ回答致します。


水銀は立派な電気の導体です。
半導体の整流器が普及する以前には水銀整流器というものが使われていましたし、
現在でもリードリレーの一種で接点の信頼性をあげるため水銀を電極に使った
水銀リレーというものがあります。
液体の水銀なら個体の電極と違って接触不良はあり得ませんからね。
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この回答へのお礼

 なるほど、勉強になりました。
ありがとうございました。

お礼日時:2001/03/19 23:40

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Aベストアンサー

電気伝導性とは読んで字のごとく「電気を伝える性質」のことですね。
問題の「塩化ナトリウム」「塩化リチウム」は常温では結晶性の固体です。塩化ナトリウムはナトリウムイオン(Na+)と塩化物イオン(Cl-)とが1対1で電気的に結びつく「イオン結合」をしています。結晶(固体)全体では陽イオンと陰イオンの数が同じですから、電気的には見かけ上は中性です。

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固体(この場合結晶)の状態では正・負のイオンが互いに電気的に結合していますので自由に動き回ることができないことはわかると思います。

塩化ナトリウムや塩化リチウムなどが融解することで電気伝導性があらわれるのは正・負各イオンが動き回れる自由度が大きくなることで電気を運ぶことができるようになるからです。

申し訳ありませんが、どちらが伝えやすいかはわかりません。

参考までに塩化ナトリウムの融解温度は約800℃、塩化リチウムは約606℃ぐらいです。

電気伝導性とは読んで字のごとく「電気を伝える性質」のことですね。
問題の「塩化ナトリウム」「塩化リチウム」は常温では結晶性の固体です。塩化ナトリウムはナトリウムイオン(Na+)と塩化物イオン(Cl-)とが1対1で電気的に結びつく「イオン結合」をしています。結晶(固体)全体では陽イオンと陰イオンの数が同じですから、電気的には見かけ上は中性です。

ところが、この固体が融解する(固体が高温に熱せられて液体になることであって、固体が液体に溶解することではありませんので注意してく...続きを読む

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。
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結晶性が良く不純物が少ない良質な金属の場合には、前者の構造欠陥による抵抗は小さく、後者の格子振動の寄与が主体となります。この格子振動は温度が下がると振幅が小さくなるので、抵抗への寄与も小さくなり、従って金属の抵抗は低くなっていきます。
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このように、低温(普通は4K以下)と高温(室温)の抵抗の比を求めることで、測定対象の金属の品質を評価することも出来ます。
一方、半導体などでは、伝導電子の数自体が温度で変わります。動けない低いエネルギー状態にあった電子が、高温になるほど熱エネルギーをもらって伝導電子へと参加して電気伝導度を上昇させるので、結果的に抵抗は下がります。通常の半導体では、この効果が最も顕著なために、低温では金属と逆に電気抵抗が上がるのです。

No1の方の参照サイトで分かると思いますが、もう少し詳しく解説してみます。
典型的な金属では、伝導電子の数は温度にあまり依存しません。従って、電気抵抗を発生させる主な原因としては、構造の欠陥と原子の熱振動(格子振動=フォノン)の二つが挙げられます。
結晶性が良く不純物が少ない良質な金属の場合には、前者の構造欠陥による抵抗は小さく、後者の格子振動の寄与が主体となります。この格子振動は温度が下がると振幅が小さくなるので、抵抗への寄与も小さくなり、従って金属の抵抗は低くなっていきま...続きを読む

Q磁石につく金属とつかない金属

磁石に鉄、コバルト、ニッケルなどはつきますがアルミニウム、金、銀、銅などはつかないのはなぜか理由を知っている方は教えてください。

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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。
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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。
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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どうして電子が運動すると電磁波を出すのですか?

何故電子は運動(円運動?)すると電磁波を放射してエネルギーを失うのですか?電磁波もエネルギーなので電磁波を出せばその分の電子の持つエネルギーが減るのは分かりますが、何故電子は運動すると電磁波を出すのかが分かりません。電子に負の仕事をしている物でもあるのでしょうか。本にもエネルギー準位が下がると電子は電磁波(光)を出すとしか書いてなくて、何によってエネルギーを奪われたのかが分かりません。電磁波を出したからその分のエネルギーを失ったのか、エネルギーを何かによって奪われたために摩擦熱のように奪われた分のエネルギーが電磁波という形に変わって外へ逃げたのか、どちらなのかも分かりません。ネットで調べても見つかりませんでした。

かなり初歩的な事ですみませんが、どなたか教えてもらえませんか。

Aベストアンサー

>何故かURLが開けません。

開けませんか。これではどうでしょう?
http://hyropom.web.fc2.com/phys/electrod.pdf

こういうページもあるんですけど、

点電荷が発する電磁波
http://homepage2.nifty.com/eman/electromag/accel_radiation.html

やっぱりなぜか、ということを噛み砕いて書いてくれてはいないのですね。
突き詰めていけば電磁誘導ということで、磁場と電場が時間変化すれば電磁波が発生するということなのですが、
でもそれだと、等速で運動する電子でも磁場と電場が時間変化するのでこれだけじゃ説明不足です。
やっぱりちゃんと計算して、加速度に依存して放射がおこり、速度一定では放射しないということを示さないとダメという事で、それはとてつもなく難しい計算になります。
その計算を読み解くことができればもう少し噛み砕いた説明ができるのでしょうけど、あいにく私には無理です。

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ANo.2は実際に原子の中で電子が円運動をすると言っているわけではなくて、
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実際に電子が円運動をして電磁波を放出する例としては、シンクロトロン放射とかサイクロトロン放射があります。

>何故かURLが開けません。

開けませんか。これではどうでしょう?
http://hyropom.web.fc2.com/phys/electrod.pdf

こういうページもあるんですけど、

点電荷が発する電磁波
http://homepage2.nifty.com/eman/electromag/accel_radiation.html

やっぱりなぜか、ということを噛み砕いて書いてくれてはいないのですね。
突き詰めていけば電磁誘導ということで、磁場と電場が時間変化すれば電磁波が発生するということなのですが、
でもそれだと、等速で運動する電子でも磁場と電場が時間変化するのでこれだけじ...続きを読む

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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

Q【10の13乗】って英語でどう読むのですか?

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エクセルの統計関数で標準偏差を求める時、STDEVとSTDEVPがあります。両者の違いが良くわかりません。
宜しかったら、恐縮ですが、以下の具体例で、『噛み砕いて』教えて下さい。
(例)
セルA1~A13に1~13の数字を入力、平均値=7、STDEVでは3.89444、STDEVPでは3.741657となります。
また、平均値7と各数字の差を取り、それを2乗し、総和を取る(182)、これをデータの個数13で割る(14)、この平方根を取ると3.741657となります。
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