水素と酸素の反応による爆発と水素爆弾の違いを教えてください

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質問者：maruhase
質問日時：2003/10/30 17:04
回答数：2件

水素と酸素を反応させて爆発させることによって、燃料電池などに応用する技術が知られていますが、この反応と水素爆弾による反応はどう違うのでしょうか？

できるだけわかりやすくお教えいただければありがたく存じます。

よろしくお願いいたします。

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回答 (2件)

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No.2ベストアンサー

回答者： sailor
回答日時：2003/10/30 23:30

水素と酸素の化学反応は燃焼と言う現象で生成物としては水ができますね。

この時できた水の中には水素も酸素もそれぞれの原子が元のまま存在しています。一般にいう化学反応は原子そのものは変化してしまうことはなく、複数の原子が互いの原子の最も外側にある電子の部分だけで結合したり離れたする現象です。従って水素と水を反応させた結果得られる水の分子式はＨ2Ｏで水素２つと酸素が結びついたことが見て取れます。

ところが核融合では原子そのものが別の原子に変わってしまいます。水素同士の核融合反応では得られる物質はヘリウムです。水素がヘリウムという原子に変わってしまっているのです。これは普通の化学反応と異なり原子の外を回る電子だけでなく、原子の中心にある原子核の部分まで反応進んで原子核を構成する部品（陽子や中性子）まで結びついた状態になってしまいます。こうなるともはや水素は水素ではなくなってしまいます。ただしこのような現象は非常に高い温度や圧力のもとでしか起こらないので、身近に見る核融合反応といえば太陽ぐらいでしょう。核融合反応では元の原子より原子番号の大きな（重い）原子ができます。

原子炉などに使われているのは核融合の逆の反応で核分裂と言う反応です。ウランやプルトニウムなどの非常に重い元素の同位体と呼ばれる不安定な原子（放射線や中性子を出しながら崩壊していく）をある密度以上に集めると、崩壊の際に放出される中性子が回りの原子に飛び込み、更に当たった原子の中性子をたたき出すと言う連鎖反応が起こり鼠算的にその数が増えていきます。このまま放っておくと、急速に反応が進み原爆になってしまいます。それでは困るので、飛び出した中性子の内の必要以上の分を吸収して連鎖反応の進み方をコントロールしたのが原子炉です。

核分裂より核融合の方が取り出せるエネルギーははるかに大きく、核分裂と異なり放射能の危険も無いのですが、ただし温度があまりにも高く安定して行わせることができないので、核融合炉というのは今のところできていません。

ちなみに燃料電池では水素と酸素を反応させてはいますが爆発も炎を出すような燃焼もさせてはいません。先に述べた通り水素と酸素の反応は原子の外側にある電子のレベルでの問題なので、この反応が起こるとき電子が移動します。電子が移動すると言うことは電流が流れると言うことです。通常の化学反応ではこの電子の動きは勝手な方向に起こるため電流を取り出すことはできませんが、固体電解質という特殊物質上でこの反応を行わせることにより、方向をそろえることができるのです。方向がそろった電子の移動があればそれは一定方向に電流が流れる事を意味しますので電力が取り出せるのです。この他にも最新の技術を利用した発電設備にＭＨＤ（磁性流体）発電等と言うのもあります。興味があれば検索してみてはいかがでしょう。

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No.1

回答者： Ulu_lun
回答日時：2003/10/30 17:12

燃料電池は水素と酸素の化学反応

水素爆弾は原子核の大規模な核融合反応を利用したもの
です。

参考URL：http://mext-atm.jst.go.jp/atomica/15150103_1.html

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Aベストアンサー

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お仕事で必要なのは，「気圧を実測して，海面更正の計算をする」ということですね？
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>１５℃だとすると、２０℃では換算しなければいけないんでしょうか・・・。
海面更正であれば，最低限，現地気圧・現地気温・観測値の高度が必要です。

参考URLにかかげたページに，気象庁の公式観測で用いられている海面更正の式が出ています。
また，この式の導出方法は，たとえば二宮洸三著『気象が分かる数と式』（オーム社，2000年）の130～132ページに出ています。
さらに，この式において便宜上，気温分布を－0.5℃／100mとして，高度と現地気温から，気圧の補正値（海面気圧－現地気圧）を求めるための数表が『理科年表』にのっています（2002年版では340ページ）。二宮さんの本にも同じ表が出ています。

「1気圧」という単位は，今日では温度に関係なく，「1013.25hPa」に等しいと定義されています。
歴史的には，海面高度における気圧の平均値ということで始まった単位なのでしょうが，今日ではもはやその意味を離れているというべきでしょう。
1インチが2.54cmに等しく，1貫が3.75kgに等しいのと同様，1気圧は★常に★1013.25hPaに等しいのです。
むしろ，1mの定義になぞらえた方が，より適切かもしれません。
もともと1mは「北極から赤道までの距離の1000万分の1」として定められ，それに従ってメートル原器が作成されました。
ところが，そのメートル原器の印から印までの長さを1mとして地球の大きさを測りなおして見たら，北極から赤道までは10000mではなく，10002mあったのです。
しかし，すでにメートル原器に基づいた長さとして使われはじめていたので，ここで当初の定義に合わせてメートル原器の示す長さを0.02％長くしたら，混乱の下になりかねません。
そこで，最初の定義を捨てて，メートル原器の長さを1mとして定義しなおしたわけですね（1889年，第1回国際度量衡総会）。
その後さらに変遷を重ねて，現在では光の速度から定義されていることはご存じかと思います。

1気圧は，1954年の第10回国際度量衡総会の決議4で，
「あらゆる適用に対して次の定義，
1標準大気圧＝1 013 250ダイン毎平方センチメートル，
すなわち，101 325ニュートン毎平方メートル，
を採用することを声明する」
と定められました。

したがって，
>これは地球上の海抜面の大気圧を平均した値ということだとＨＰで見た
とのことですが，それはおそらく「歴史的にはそのような意味づけで定められていた」ということでしょう。
もし，現在でもそれが定義であるかのような書き方がされていたとしたら，そのページを書いた人の誤りです。

なお，1013.25hPaという数値を求めるにあたってどのような計算が当時行われたかまでは，ちょっとわかりません。まあ世界中の海面気圧の値を用いたのは確かでしょうし，気温についても何らかの考慮があった1かもしれませんが，ちょっと資料がありません。
確かなのは，今日，圧力の大きさを「何気圧」と書き表す際に，実際の平均海面気圧を求めるためにそのつど世界中で観測を行ったりする必要はないよ，単にhPaの数字を1013.25で割り算するだけですむのだよ，ということです。

ちなみにNo.1の回答に「上空５０００ｍの気温を測った人はいませんよ」とありますが，昔（気象観測の草創期に）気球に乗って命がけで上空の気温を観測した話を聞いたことがあります。あれは記憶違いだったのでしょうか。
（長くなってすみません。）

参考URL：http://www.narusawako.jp/kaimenkiatsu.htm

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よろしくお願いします。

Aベストアンサー

>そもそも我々の住んでいる世界は三次元ですか、四次元ですか？

４次元であると考えると都合がいいというのが
現段階の結論です。

　１００年ほど前、スイスのチューリッヒ工科大学
のミンコフスキー教授が物理学的な４次元の理論というのを
考えました。物理的な計算をするのに、縦、横、高さ
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うまく計算できることがあるというもので、
彼の教え子の一人が、４次元時空の理論と
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　彼は、リーマンという数学者が作った、
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空間が歪むという状態と、重力や光の運動を
あわせて説明したんです。これが相対性理論。

＞これに時間の概念を足せば四次元になるのでしょうか？

　物理学的にはそうです。

　相対性理論の話に関連付けて説明するとこんな感じです。
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　１９世紀に、電気や磁気の研究をしていた学者たちが、
今は小学校でもやる砂鉄の実験（紙の上に砂鉄をばら撒いて
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原因ではないかと直感したんです。
　電磁石の強さを変えると、砂鉄の模様が変化します。
これを砂鉄が動いたと考えず、砂鉄が存在して
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証明したのが、相対性理論だったんです。

＞あるいは時間と空間を自由に行き来できるのが四次元なのでしょうか？

　４つ目の方向である時間は、存在していても
その方向に、人間が自由には移動する方法は
現在ありません。時間方向を自由に動ける機械と
いうのは、タイムマシーンのことなんですが。

　日常生活を考えてみたとき、縦、横といった
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歩けば４ｋｍくらい楽に移動できますが、
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４ｋｍ移動しろと言われたら、人力だけでは
まず無理でしょう。
　飛行機やロケットといった道具が必要と
なります。
　時間方向というのは、このように存在していても
現在のところ自由に移動できない方向なんです。

　例えば、人間がエレベーターの床のような
平面的な世界に生きているとしましょう。

　この場合、高さ方向を時間と考えて下さい。

　エレベーターは勝手に下降しているんです。
この状態が、人間の運動と関係なく、時間が
経過していく仕組みです。

　人間もほんの少し、ジャンプして高さ
方向の移動に変化をつけることができます。

　同様に時間もほんの少しなら変化をつける
ことができます。

　エレベーターの中で、ジャンプすると
ほんの少し下降を遅らせることができる
ように、時間もほんの少し遅らせることは
できるんです。

　