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水蒸気が冷やされて水滴となったのが湯気らしいけど、水滴なら液体に見えるはずなのに、何故か気体に見えます。
しかも、赤や青じゃなくて白い煙に見えます。
何故湯気は白い煙に見えるのでしょうか?

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A 回答 (4件)

光の散乱と反射はよく混同されますが、ご質問の湯気の場合に問題となるのは散乱です。


それで「散乱」に関するWikiの説明を湯気に当てはめて「散乱(さんらん)とは、光などの波や粒子が
ターゲット(湯気)に侵入し通過する際にターゲット構成分子と相互作用して方向を変えられること。」と
書き換えれば判りやすいでしょう。
反射はあくまでもターゲット表面での現象で、鏡を考えていただければればお判りと思います。

ミー散乱はドイツの物理学者グスタフ・ミー(ノーベル物理学賞受賞)により発見された、光の透過する
粒子の大きさが光の波長程度の時光は侵入方向以外の色々な方向に散乱されるという現象です。
どの方向にどの程度の強度の光が散乱されるかを数式化したものがミーの散乱式です。
この式は複雑で、数値計算でしか解けません。近年のコンピュータの進歩で、雲が掛かった領域の
レーダー反射電波や映像の解析等に広く使われています。



さて、なぜ白いのかは私も考えて居なかった興味ある問いかけです。
無意識の内に、太陽光の全ての色が散乱される、または乱反射される=白 という、
理解だったからです。
それを人間は白と感じるというのが理由だそうです。その辺は、Wikiの「白」を見てください。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%99%BD

前の回答の1文
「白く見えるのは、光りが虹色全てに相当するスペクトルを持っていることも重要です。」
は光の三原色が合わさると白になることを漠然と考えて書き加えたものです。
人はそれを白と感じるとは気が付きませんでした。

この回答への補足

>「散乱(さんらん)とは、光などの波や粒子が
>ターゲット(湯気)に侵入し通過する際にターゲット構成分子と相互作用して方向を変えられること。」と
>書き換えれば判りやすいでしょう。
つまり、「光が分子に当たって、光の進行方向が変わる」ということでしょうか?
それだと光の屈折とあまり変わらないような・・・

補足日時:2011/03/05 21:00
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この回答へのお礼

「光が乱反射すると白に見える要因」というのは自分自身知りたい所だけど、本題の質問と変わってしまいそうなので後で改めて質問してみます。
回答ありがとうございました。

お礼日時:2011/03/05 20:59

空中の水分子と、湯気と、水滴を区別して考える必要が有ります。



分子状の水は目で見えません。
湯気は白く見えます。
水滴は透明に見えます。

この差については、乱反射と言うこともできますが、
光りの粒子による散乱で説明されます。

以前似たような質問に回答したことが有ります。下記URLを
見てください。
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/5294558.html

透明の物質を粉砕すると確かに白く見えますが、
これは粉砕面の不規則性や傷から来る乱反射として説明できます。

しかし、湯気は球状の綺麗な表面の粒子なのでこの説明は当てはまりません。
散乱の結果が乱反射の様に見えているという事です。

白く見えるのは、光りが虹色全てに相当するスペクトルを持っている
ことも重要です。

この回答への補足

散乱についてはよく分かりませんが、「光があらゆる水滴に当たって、水滴に当たった光がいたる方向に反射して、その反射を繰り返して乱反射させている」と解釈してよろしいでしょうか?
また、リンク先の回答に書かれていたミー散乱とは何でしょうか?
ネットで調べた所「光の波長程度以上の大きさの球形の粒子による光の散乱現象である」と書かれてありましたが、全く理解出来ません。
どういう意味でしょうか?
また、光が散乱することが分かっても、何故それで白く見えるのかが分かりません。
どうして光が乱反射したり散乱したりすると白く見えるのでしょうか?

補足日時:2011/03/05 01:54
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この回答へのお礼

なるほど、湯気の場合はただの反射ではなく光の散乱によって白に見えるわけですね。
回答ありがとうございました。

お礼日時:2011/03/05 01:51

No.1さんが分かりやすく説明しているのでその通りです。


 付け加えますと、湯気が白くみえるのは可視光線(太陽光で白色光)が湯気により全反射し、
 波長が変わらないから白色に見えるのです。

この回答への補足

どうして光が全反射すると白色に見えるのでしょうか?

補足日時:2011/03/05 01:18
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この回答へのお礼

なるほど、光が湯気に当たって全反射しているのが要因だったのですね。
回答ありがとうございました。

お礼日時:2011/03/05 01:18

まず、「気体に見える」理由について。


湯気は水蒸気が冷やされて水滴になったものです。
その水滴は細かく正真正銘の気体の空気中に分散しています。
bururutti-2さんが捉えている「湯気」というものは、
「湯気としての細かな水滴が空気中に分散しているその姿」です。

砂は固体ですが、風に煽られ空気中に舞い上がった(分散した)「砂ぼこり」が「気体」のように見えるのもおなじです。


そして「湯気」が白い理由は、2点あります。
1点目は、湯気つまり水に色がないことです。
というか、無色の物体は全て白く見えることがあります。
氷や水といった状態でも無色かつ透明ですし、大きな塩の結晶だってガラスだって無色かつ透明です。
(なお、無色と透明とは別の事柄です)
それらの表面はどうなっているでしょうか。実になめらかではありませんか?
さて、ガラスを割ったときのことを考えてみましょう。
細かなガラスの破片は白く見えますね。
これは、ガラスの表面がなめらかではなくなったため、光の反射が乱れていることによります。
これは細かな塩の粒やかき氷、そして湯気といったものが白く見えるのと全く同じ理由です。

2点目には、差し込む光が特定の光に偏っていないことが上げられます。
赤い光を当てれば、水滴自身に色はありませんから赤く見えます。
もちろんこれは当然のようにお感じになることかも知れませんが。

この回答への補足

>細かなガラスの破片は白く見えますね。
>これは、ガラスの表面がなめらかではなくなったため、光の反射が乱れていることによります。
>これは細かな塩の粒やかき氷、そして湯気といったものが白く見えるのと全く同じ理由です。
どうして、光の反射が乱れると白く見えるのでしょうか?

補足日時:2011/03/05 01:04
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この回答へのお礼

>bururutti-2さんが捉えている「湯気」というものは、
>「湯気としての細かな水滴が空気中に分散しているその姿」です。
なるほど、それで水滴が気体に見えたのですね。

>そして「湯気」が白い理由は、2点あります。
>1点目は、湯気つまり水に色がないことです。
>というか、無色の物体は全て白く見えることがあります。
確かに、氷のような無色透明の物体を削ると白く見えますね。

>2点目には、差し込む光が特定の光に偏っていないことが上げられます。
なるほど、湯気に当たる光も関係していたのですね。

回答ありがとうございました。

お礼日時:2011/03/05 01:03

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Q水滴は透明なのに湯気が白いのはなぜ?

湯気が水蒸気ではなく水滴であると聞いたことがあります。
しかし水滴も透明だと思うので、どうも納得がいきません。
このモヤモヤを解決していただけませんか?

Aベストアンサー

いちおう、光の波長と湯気と水滴の大きさの関係で説明できます。

可視光の波長は360~830 nm (0.36~0.83μ)、
湯気の大きさは数μ程度  (1μ=1000 nm)、
水滴の大きさは1,2mm~3,4mm (1mm=1000μ)。

光の波長が粒子と同じ程度か10倍程度までは、球形の粒子に
射し込んだ光はミー散乱を起こします。
ミーの理論は、入射した光りが直進方向だけではなくその横方向や
後方にも散乱されることを示しています。
詳細は抜き大雑把に言うと、粒子に入射した光りはいろいろな方向に
散乱され、No.2でいう「乱反射」の効果が起こり粒子は白く見えます。
湯気粒子の径はこの範囲に入ります。

粒子径が光の波長より十分大きくなると、光りは屈折や回折で説明
される経路を通ります。
側方散乱や後方散乱や乱反射が起こりにくく、光りの大部分は粒子を
同方向に通り抜けるために、粒子は透明に見えます。
水滴は光がミー散乱を受けない、十分過ぎるほどの大きさなのです。

Q湯気の出る仕組みって?

湯気の出る仕組みってなんなんでしょう?
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熱エネルギーが増大して水の分子が飛び出るんですよね。

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どうして湯気が出るんでしょうか。
この水蒸気はどこから来るんですか?
詳しく教えてくださいませ。

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「湯気」とは、水蒸気が露点以下の状態になることで凝固し、小さな粒の水滴になる状態のことを言うのですね。

ですから、北海道の冬の海岸では、気温がマイナスになると海からたくさんの湯気が発生するので、「ボー」っと見ていると海が温泉のようにとても温かそうに思ってしまいます。(毎年、北海道以外のところから来られた酔っぱらいが温かそうだからと海は入ってしまう方が何人かいるそうですが・・・)

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そして常に水に戻っています。
その平衡状態にあるので大きく増える・減るということが目に見えないだけなのです。
ですから、蒸発した水蒸気が露点以下の状態になることで湯気なるわけですね。(先ほど北海道の例のようにお湯じゃなくても湯気?は発生します。)

>分からないのは風呂上がりなどで体から出る湯気なんです。
>タオルで拭いて水は付いてないのにどうして湯気が出るんでしょうか。
本当に、水は付いていないのですか?
つまり、皮膚は乾燥している状態なのですか?
そんなことはないと思います。必ず皮膚は湿っているはずです。その湿っている水分が蒸発して湯気となっているのでしょう。
さらに、風呂上がり状態は、かなり体温が上がっているはずです。そのため、体温を落とすために汗腺が開いてそこから汗を出そうとします。
場合によっては、汗腺から出た汗が直接水蒸気となり、周りの冷たい空気に触れることにより湯気となります。

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Q材料のヤング率やポアソン比と弾性スティフネスの関係

弾性スティフネスc11,c12,c44とかありますが、ヤング率Eやポアソン比nの関係を教えていただけますか。
等方性材料の場合、c11がヤング率、c12がポアソン比と理解していいのでしょうか。
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弾性スティフネスとヤング率、ポアソン比の関係を論ずるには、仮定をいくつか設定しなければなりません。例えば、等方性材料をx方向に伸ばした場合には、c11がヤング率だと解釈できます。そして、ポアソン比はc12/c11となります。しかし、弾性スティフネスcijは取り扱いが難しいですね。本来、弾性スティフネスcijは4階のテンソル(弾性テンソル)Cijklとして取り扱った方が、計算も簡単であり、意味も分かりやすいのではないでしょうか。また、等方弾性体の場合にはLame定数との関係も算出しておいた方が良いかと思います。
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Q太陽の光を集めると何度ぐらいまで温度を上げることができますか?

太陽の光をレンズや凹面鏡を使って集めると焦点近くでは温度が上がりますが、口径が大きいほど温度が上がると思います。
このとき口径を大きくすれば、どこまでも温度は上昇するのでしょうか?
それとも、太陽の表面温度以上には上昇しないなどの限界はあるのでしょうか?

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Q原子間距離

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Q格子点数と原子数

結晶について学んでおります。
まず、格子点数と原子数の違いが分かりません。

それで、diamondの単位格子の格子点数、原子数を求めようとしたときに、はたと困りました。
まず、diamondのブラベー格子がFである、そのことから、理解ができませんでした。
diamondは、fccを1/4,1/4,1/4ずらしたものの組み合わせだということは知っています。そこからdiamondのブラベー格子がFであるとなるのでしょうか。

ごめんなさい。。書いてて混乱してきました。。意味がとれない部分もあると思いますが、教えてください。

Aベストアンサー

まず結晶格子とは、空間の三方向に等間隔で並んだ点の集まりのことです。
そしてどんな複雑な結晶構造でも、「結晶格子×単位構造」からできています。
このことを少しずつ説明してみたいと思います。

単純立方格子(primitive cubic; cP)は一番わかりやすいと思いますが、ジャングルジムのように
立方体をたくさん詰め込んだような形をしています。ただし、格子とはあくまでも立方体の頂点の
部分だけの集合なので、フレームの部分は含みません。この頂点一つ一つのことを格子点と言います。
8個の格子点を結んでできる、対面が平行な六面体のことを単位胞または単位格子といいます。
単位胞は繰り返しのユニットとなります。先ほど格子はフレームを含まないと言いましたが、
それはこの結び方(単位胞の決め方)が自由であるということです。星座みたいなものだと思って下さい。
べつに菱餅のような形に結んでもいいんですが、ふつうはもっとわかりやすい(対称性の高い)立方体
などの形になるように結びます。

「単純立方格子の単位胞(立方体)にはいくつの格子点が含まれるか」という問題には
1と答えます。なぜ8ではないかというと、立方体の頂点に全て格子点があると考えると、
繰り返し並べた時に別々の立方体から来た8個の格子点が一カ所にかぶってしまうからです。
ですからそれぞれの立方体について8つの頂点のうちたとえば左下手前のものだけをその立方体に
所属する格子点と考えれば1になるわけです。そこを原点O(0,0,0)にとります。

単純立方格子をとる結晶構造のうちもっともシンプルなのは単純立方構造(simple cubic; sc)です。
これは単位胞の頂点の位置だけに一種類の原子を置いた構造で、ポロニウムのα相がこの構造です。
「格子」と「構造」はどう違うのかと思われるかもしれませんね。実際には同一視されている解説が
ほとんどですが、格子はまだ原子(やイオン)を置く前の、単なる位置の基準点の集合です。
単位胞の中に原子を置いて初めて構造になります。これが「結晶格子×単位構造=結晶構造」の意味です。
scの場合は「単純立方構造の単位胞にはいくつの原子が含まれるか」の答も1となります。

他には塩化セシウム型構造が単純立方格子です。これはセシウムイオン(Cs+)を単純立方格子の
原点(0,0,0)に置いたとき、塩化物イオン(Cl-)が立方体の中央(1/2,1/2,1/2)にくる構造です。
Cs+(0,0,0)とCl-(1/2,1/2,1/2)のペアが単位構造であり、それが各単位胞の中にあるということです。
別の見方をすればCs+だけでできた単純立方構造とCl-だけでできた単純立方構造を(1/2,1/2,1/2)だけ
ずらして重ねたと考えることもできます。しかし、あくまでも塩化セシウム構造としての単位胞は
どちらか片方だけですから、単位胞内の格子点数は1のままで原子数は2となります。

やっとダイアモンド構造に近づいてきました。ダイアモンド格子は面心立方格子(cF)をとります。
単純立方格子と比べると立方体の中にあらかじめ
 O(0,0,0)、A(0,1/2,1/2)、B(1/2,0,1/2)、C(1/2,1/2,0)
の4か所に格子点があります。他の点、たとえば(1/2,1/2,1)の格子点はひとつとなりの立方体
に所属するものと考えます。あらかじめ格子点が4つあるというのはどういう事かと言うと、
うまく単位胞を選ぶと立方体の1/4の体積のものが作れて、その中の格子点数は1になります。
このような単位胞は基本単位胞といい、たとえばOA、OB、OCを三辺とする菱形六面体がそのひとつ
です。しかしそれでは形が分かりにくいのでふつうは体積4倍の立方体の単位胞を考える代わりに
格子点数が4になっているのです。

面心立方構造(fcc)は面心立方格子の格子点にだけ原子を置いたもので、単位胞内の
格子点数は4、原子数も4です。一方、ダイヤモンド構造は炭素原子を
O(0,0,0)、O'(1/4,1/4,1/4)
A(0,1/2,1/2)、A'(1/4,3/4,3/4)
B(1/2,0,1/2)、B'(3/4,1/4,3/4)
C(1/2,1/2,0)、C'(3/4,3/4,1/4)
の8カ所に置いた構造です。これは原点に付随する(0,0,0)(1/4,1/4,1/4)の2つの炭素原子を
単位構造として、A、B、Cの3格子点にもコピーしたものと考えることができます。fccを
(1/4,1/4,1/4)だけ平行移動して重ねたものと捉えても構いませんが、ダイヤモンド構造として
の単位胞はあくまでも(0,0,0)を原点とするものだけですから、格子点数4、原子数8となります。

以上長くなってしまいましたがわからなければまたおっしゃって下さい。

まず結晶格子とは、空間の三方向に等間隔で並んだ点の集まりのことです。
そしてどんな複雑な結晶構造でも、「結晶格子×単位構造」からできています。
このことを少しずつ説明してみたいと思います。

単純立方格子(primitive cubic; cP)は一番わかりやすいと思いますが、ジャングルジムのように
立方体をたくさん詰め込んだような形をしています。ただし、格子とはあくまでも立方体の頂点の
部分だけの集合なので、フレームの部分は含みません。この頂点一つ一つのことを格子点と言います。
8個の格子点を...続きを読む

Qミラー指数:面間隔bを求める公式について

隣接する2つの原子面の面間隔dは、ミラー指数hklと格子定数の関数である。立方晶の対称性をもつ結晶では

d=a/√(h^2 + k^2 + l^2) ・・・(1)

となる。

質問:「(1)式を証明せよ」と言われたのですが、どうすれば言いかわかりません。やり方を教えてもらえませんか_| ̄|○

Aベストアンサー

「格子定数」「ミラー指数」などと出てくると構えてしまいますが、この問題の本質は3次元空間での簡単な幾何であり、高校生の数学の範囲で解くことができます。

固体物理の本では大抵、ミラー指数を「ある面が結晶のx軸、y軸、z軸を切る点の座標を(a/h, b/k, c/l)とし、(h, k, l)の組をミラー指数という(*1)」といった具合に説明しています。なぜわざわざ逆数にするの?という辺りから話がこんがらがることがしばしばです。
大雑把に言えばミラー指数は法線ベクトルのようなものです。特に立方晶であれば法線ベクトルと全く同じになります。すなわち立方晶の(111)面の法線ベクトルは(1,1,1)ですし、(100)面の法線ベクトルは(1,0,0)です。法線ベクトルなら「ミラー指数」よりずっと親しみがあり解けそうな気分になると思います。

さて(hkl)面に相当する平面の方程式を一つ考えてみましょう。一番簡単なものとして
hx + ky + lz=0  (1)
があります。(0,0,0)を通る平面で法線ベクトルは(h,k,l)です。
これに平行な、隣の平面の式はどうでしょうか。
hx + ky + lz = a  (2a)
hx + ky + lz = -a  (2b)
のいずれかです。これがすぐ隣の平面である理由(そのまた間に他の平面が存在しない理由)は脚注*2に補足しておきました。
点と直線の距離の公式を使えば、題意の面間隔dは原点(0,0,0)と平面(2a)の間隔としてすぐに
d=a/√(h^2+k^2+l^2)  (3)
と求められます。

点と直線の距離の公式を使わなくとも、次のようにすれば求められます。
原点Oから法線ベクトル(h,k,l)の方向に進み、平面(2a)とぶつかった点をA(p,q,r)とします。
OAは法線ベクトルに平行ですから、新たなパラメータtを用いて
p=ht, q=kt, r=lt  (4)
の関係があります。
Aは平面(2a)上の点でもありますから、(4)を(2a)に代入すると
t(h^2+k^2+l^2)=a
t=a/(h^2+k^2+l^2)  (5)
を得ます。
ここにOAの長さは√(p^2+q^2+r^2)=|t|√(h^2+k^2+l^2)なので、これを(5)に代入して
|a|/√(h^2+k^2+l^2)  (6)
を得ます。OAの長さは面間隔dにほかならないので、(3)式が得られたことになります。

bokoboko777さん、これでいかがでしょうか。

*1 (h, k, l)の組が共通因数を持つ場合には、共通因数で割り互いに素になるようにします。例えば(111)面とは言いますが(222)面なる表現は使いません。
*2 左辺はhx+ky+lzでよいとして、なぜ右辺がaまたは-aと決まるのか(0.37aや5aにならないのは何故か)は以下のように説明されます。
平面をhx+ky+lz = C (Cはある定数)と置きます。この平面は少なくとも一つの格子点を通過する必要があります。その点を(x0,y0,z0)とします。
h,k,lはミラー指数の定義から整数です。またx0,y0,z0はいずれもaの整数倍である必要があります(∵格子点だから)。すると右辺のCも少なくともaの整数倍でなければなりません。
次に右辺の最小値ですが、最小の正整数は1ですから平面hx + ky + lz = aが格子点を通るかどうかを調べ、これが通るなら隣の平面はhx + ky + lz = aであると言えます。このことは次の命題と等価です。
<命題>p,qが互いに素な整数である場合、pm+qn=1を満たす整数の組(m,n)が少なくとも一つ存在する
<証明>p,qは正かつp>qと仮定して一般性を失わない。
p, 2p, 3p,...,(q-1)pをqで順に割った際の余りを考えてみる。
pをqで割った際の余りをr[1](整数)とする。同様に2pで割った際の余りをr[2]・・・とする。
これらの余りの集合{r[n]}(1≦n≦(q-1))からは、どの二つを選んで差をとってもそれはqの倍数とは成り得ない(もし倍数となるのならpとqが互いに素である条件に反する)。よって{r[n]}の要素はすべて異なる数である。ところで{r[n]}は互いに異なる(q-1)個の要素から成りかつ要素は(q-1)以下の正整数という条件があるので、その中に必ず1が含まれる。よって命題は成り立つ。

これから隣の平面はhx + ky + lz = aであると証明できます。ただここまで詳しく説明する必要はないでしょう。証明抜きで単に「隣の平面はhx + ky + lz = aである」と書くだけでよいと思います。

参考ページ:
ミラー指数を図なしで説明してしまいましたが、図が必要でしたら例えば
http://133.1.207.21/education/materdesign/
をどうぞ。「講義資料」から「テキスト 第3章」をダウンロードして読んでみてください。(pdfファイルです)

参考URL:http://133.1.207.21/education/materdesign/

「格子定数」「ミラー指数」などと出てくると構えてしまいますが、この問題の本質は3次元空間での簡単な幾何であり、高校生の数学の範囲で解くことができます。

固体物理の本では大抵、ミラー指数を「ある面が結晶のx軸、y軸、z軸を切る点の座標を(a/h, b/k, c/l)とし、(h, k, l)の組をミラー指数という(*1)」といった具合に説明しています。なぜわざわざ逆数にするの?という辺りから話がこんがらがることがしばしばです。
大雑把に言えばミラー指数は法線ベクトルのようなものです。特に立方晶であれば法線ベ...続きを読む

Q長さの単位であるAの上に丸がついた記号は何mですか。

こんばんは。Aの上に丸がついた単位をよく見ますが、これは「オームストローム」のことでしょうか。違うのであればこの単位をメートルに直したときどのような値をとるのか教えてください。

Aベストアンサー

この答えでいいのでしょうか。

☆Å(オングストローム/angstrom) 
長さの補助単位。
10の-10乗=百億分の1メートル。電磁波の波長測定や、原子物理学・結晶学・分子学などで用いる。
記号 Å または A で表す。
スウェーデンの物理学者オングストレームの名にちなむ。

参考URL:http://www.sun-inet.or.jp/~nao2/jiten/sonota.htm

Qエントロピー変化の計算

完全気体の圧力がPiからPfまで等温変化するときのエントロピー変化を計算せよ、という問題があります。しかしどのように計算すれば良いのか分かりません。この答えはΔS=nR*ln(Pi/Pf)だそうです。

以下は自分の考えです。
dS=dq/T と表されるのでΔS=∫(dq/T)=q/T (積分範囲はi→f)となり、熱を求めようと思いました。
等温変化なのでΔU(内部エネルギー変化)=q+w=0 (q:熱 w:仕事)が成り立ち、q=-wとなり、仕事を求めばいいと思うのですがどのようにwを求めていいのか分かりません。圧力一定で、体積が変化する場合なら求められるのですが・・・。

どなたかお分かりになる方、教えていただければ幸いです。

Aベストアンサー

なんだか、質問も回答もいまひとつ混乱しているようなので強いて補足させてもらうと、
まず熱力学第一法則というのはdQ=dU+pdV
これは、系(気体)に加えられた微小熱量dQが、
系の内部エネルギーの微小変化量dUと、系が行った
微小仕事pdVの和になるということです。

それで、今は等温変化だから、理想気体ではdU=0
よって、dQ=pdV
そして、可逆過程ではdS=dQ/T
よって、系のエントロピー変化の"総量"は
∫dS=∫pdV/T=∫p/TdV また、pV=nRTより両辺の微分を取ると
d(pV)=d(nRT)⇔pdV+Vdp=nRdT(nもRも定数だからです)
そして今dT=0より、結局pdV=-Vdp 状態方程式でVをpであらわし
よって、∫dS=∫pdV/T=∫-Vdp/T=∫-(nR/p)dp
=-nR[logp](p=pi~pf)
=nRlog(pi/pf)

余談ですけど、なぜ可逆過程なのにエントロピー変化があるのかというと、ひとつは、断熱系と混同しがちだからです。dS≧dQ/Tというのが、一番基本的なものなのです。断熱系dQ=0の場合のみdS≧0となりエントロピー増大則になります。また
等温変化の可逆過程では、dS=dQ/Tと、=になりましたけど、
これを高熱源や低熱源を含めた全体の系に適用すると、全てを含めた全体は断熱系になっているから、
dQ=0より、エントロピー変化はありません。
質問の場合なら、一見エントロピーはΔS=nR*ln(Pi/Pf)
と増加しているようですが(膨張を過程),それは気体のエントロピーのみ考えているからであり、
完全気体が高熱源から準静的に熱量Qをもらっている
はずで、逆に言うと高熱源は熱量Qを失っています。
だから、高熱源はエントロピーQ/Tだけ失っているから
完全気体と高熱源をあわせた系のエントロピー変化は
-Q/T+nR*ln(Pi/Pf)=0となって、結局全体で考えれば
エントロピー変化はありません。カルノーサイクル
の例も一応挙げとくと、
高熱源のエントロピー変化量:-Q/T1
低熱源〃:(Q-W)/T2
ですけど、カルノーサイクルの効率は1-(T2/T1)より
W=Q(1-T2/T1)∴低熱源:Q/T1となって、高熱源と低熱源
をあわせた系全体のエントロピーの変化はありません。

なんだか、質問も回答もいまひとつ混乱しているようなので強いて補足させてもらうと、
まず熱力学第一法則というのはdQ=dU+pdV
これは、系(気体)に加えられた微小熱量dQが、
系の内部エネルギーの微小変化量dUと、系が行った
微小仕事pdVの和になるということです。

それで、今は等温変化だから、理想気体ではdU=0
よって、dQ=pdV
そして、可逆過程ではdS=dQ/T
よって、系のエントロピー変化の"総量"は
∫dS=∫pdV/T=∫p/TdV また、pV=nRTより両辺の微分を取ると
d(pV)=d(nRT)⇔pdV+Vdp=nRdT(nもRも定数...続きを読む

Qなぜ100度になっていない水も蒸発するのでしょうか?

中一の子供に
「水は100度で蒸発するって習ったけど、部屋や外に置いてある水が、沸騰してないのに、ちょっとずつ蒸発してるのはなんで?」
と聞かれました。
どなたか中学生にもわかるように、説明していただけるかたいらっしゃいませんでしょうか!(自分もそういわれると、気になってしょうがなくなりました・・笑)

Aベストアンサー

 「今日はじめじめしてますね」とか、「異常乾燥注意報発令中」とか聞いたことありませんか? どれも、湿度つまり空気中の水蒸気の量を問題にしている言い方です。もっと直接的には「今日の○○時の湿度は△△%程度です」などという表現をすることもあります。

 この湿度というのは何を基準にしているかというと、その時の温度で、空気中に存在することが可能な水蒸気量です。空気には含むことができる水蒸気の量に限界があるというわけです。

 さて、液体の水は、互いに結びついて完全に固くはならない(氷にはならない)けれど、完全に切り離されてばらばらにもならない(水蒸気にならない)状態にある水の「分子」の集まりです。この集まりの中には、ちょっと"元気な"分子もいて、中には空気中に飛び出してしまうものがあります。一方、空気中の水蒸気の中にはちょいと"元気"がなくなって、"おとなしくしている水"の仲間に加わるものもあります。

 このような性質を持つ水を、空気といっしょに密閉容器に半分くらい入れて温度が一定の状態に保ってみましょう。最初は水蒸気がなかった、つまり完全に乾燥した空気があるとします。初めのうちは、水の中の"元気者"がどんどん出て行って空気中に広がり、湿度が上がっていきます。空気には含むことができる水蒸気の量に限界があるので、そのうち容器の中の空気は水蒸気でいっぱいになってしまいます。湿度100%です。こうなってしまうと、後は、ちょいと"元気がなくなって"水に戻る分子と"元気よく"水から飛び出す分子の割合が等しくなって、見かけ上何も変化が起こらなくなります。

 密閉容器の場合は、上記のようになりますが、水が部屋や外にある場合は、空気は大量にありますしどんどん入れ替わりますから、周囲の空気の湿度が何かの理由で100%にならない限り、水からは分子が逃げ出す一方になります。そのために、からっとした季節には、雨上がりにあった水たまりがいつの間にか蒸発してなくなったり、洗濯物がよく乾いたりするわけですね。逆にじめじめした季節には乾きが悪くなります。

 ちなみに、水は1気圧のもとで100℃で沸騰します。このときも蒸発は起こっていますが、水の表面ではなくて内部でいきなり気体になる(この現象を「沸騰」と呼んでいます)分子の方が圧倒的に多くなるので、目立たなくなります。

("元気"のような擬人的な表現を使いましたが、本来は"運動エネルギー"のような物理用語を使わなければいけません。中学生にもわかるように、ということですので、敢えて"禁断の"表現法を使いました。)

 「今日はじめじめしてますね」とか、「異常乾燥注意報発令中」とか聞いたことありませんか? どれも、湿度つまり空気中の水蒸気の量を問題にしている言い方です。もっと直接的には「今日の○○時の湿度は△△%程度です」などという表現をすることもあります。

 この湿度というのは何を基準にしているかというと、その時の温度で、空気中に存在することが可能な水蒸気量です。空気には含むことができる水蒸気の量に限界があるというわけです。

 さて、液体の水は、互いに結びついて完全に固くはならない(...続きを読む


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