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(1)ナトリウムランプはナトリウム蒸気を封入するして、アーク放電をしてNaを励起状態にするそうですが、Naは常温で固体ですよね?ということは管の内側かどこかに単体Naを塗って、それを温めて気体にして放電するということでしょうか。
(2)割れたら危なくないですか?水銀は気化したものを吸ったら大変ですし、Naは水分と触れると激しい反応をしますよね?
(3)管内にはアルゴンなどの希ガスを混ぜるそうですが、希ガスは励起状態になって発光はしないのですか?
(4)アーク放電は低電圧、高電流にするそうですが、低電圧でも気体に電流を流すことは可能なのでしょうか。そのそも低電圧って何Vくらいでしょうか?


以上一部の解答でもかまいませんのでよろしくお願いいたします。高校化学・物理の範囲の知識内でお答えいただければ助かります。

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A 回答 (3件)

(1)ナトリウムランプはナトリウム蒸気を封入するして、アーク放電をしてNaを励起状態にするそうですが、Naは常温で固体ですよね?ということは管の内側かどこかに単体Naを塗って、それを温めて気体にして放電するということでしょうか。



 水の固体=氷だって冷蔵庫の中で気化して痩せて角が丸くなるし、真冬でも洗濯物は乾きますよ。沸点にならないと気化しないわけじゃありません。もちろん高温になれば蒸気圧は上昇します。

(2)割れたら危なくないですか?水銀は気化したものを吸ったら大変ですし、Naは水分と触れると激しい反応をしますよね?
 少量ですし、特に有毒なのは有機水銀です。無機水銀は飲んでも概ね大丈夫ですが、水銀蒸気は危険です。
【引用】____________ここから
 体温計に使われている水銀は金属水銀なので安全だと言われている。金属水銀は間違って飲み込んだとしても、消化管からはほとんど吸収されないので、急性中毒を起こすことはない(ただし、一部が腸内細菌叢により酸化されたり、有機水銀に転換されて吸収される余地が示唆されている)。しかし、気化した場合には肺から吸収されやすく、体内に吸収された場合にはヘモグロビンや血清アルブミンと結合し毒性を示す。このため水銀を含有する物(蛍光灯・体温計・血圧計、朱肉など)を焼却することは危険である。
 ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ここまで[水銀 - Wikipedia( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E9%8A%80# … )]より。
 高温になった水銀灯が割れたとき、その蒸気をすうと危険ということ。
 水銀灯もナトリウムランプも点灯時の金属の分圧は、とっても低いものから大気圧を越える高圧のものがあります。

(3)管内にはアルゴンなどの希ガスを混ぜるそうですが、希ガスは励起状態になって発光はしないのですか?
 基本的には関与しません。

(4)アーク放電は低電圧、高電流にするそうですが、低電圧でも気体に電流を流すことは可能なのでしょうか。そのそも低電圧って何Vくらいでしょうか?
 真空度の高い希薄な金属蒸気でのアーク放電です。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。他のサイトでもいろいろ質問していたところ
ナトリウム酸化物を真空蒸留法でナトリウムを生成できるということで
ナトリウムの酸化物を低圧で加熱するとナトリウムがはがれて蒸気になる
ということのようです。

お礼日時:2013/07/17 02:43

因みに、ナトリウムランプに直接封入されているのはナトリウムのハロゲン化物です。


http://www.google.co.jp/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s …

>Naは水分と触れると激しい反応を
Naの塩化物は水分と触れると激しい反応をしますか?
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
ナトリウムランプの光を分光器にかけると、線スペクトルとなって波長1種類の
光しか出ていないことになりますよね。だから単体Naなのかと思っていましたが、
化合物なのですね。
そうするとまた疑問が出てくるのですが、Naの化合物で、何でNaだけ励起
状態にさせることができるのでしょうか。
Naだけを励起させるには、電圧など何か特殊な条件が必要なのでしょうか。

お礼日時:2013/07/16 13:08

>常温で固体ですよね



常温・一気圧では、とおっしゃりたいのではないのですか?
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この回答へのお礼

ありがとうございます。気圧は考えておりませんでした。
確かに個体かどうかは気圧も関係しますね。

お礼日時:2013/07/16 13:02

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QNaランプの原理

大学で「ナトリウムランプの原理について説明しろ!!」と言われたのですがわかりません。物理にはまったく詳しくないのであまり専門的な用語を使わずに説明していただけるとありがたいです。

Aベストアンサー

簡単に説明するとしたら「ナトリウム蒸気中のアーク放電により発光するランプ」ということです。
低圧ナトリウムランプと高圧ナトリウムランプがあり、低圧ナトリウムランプは橙黄色の光を発し演色性が悪くトンネルによく使われます。高圧ナトリウムランプは黄白色の光で演色性が比較的よく工場の天井、スポーツ施設の照明に使われます。

Q水銀灯の安定器の役割

単相100v(100w)の水銀灯なのですが、
片側だけ安定器に入り、出て行って、
もう片方の線は、水銀灯まで直結?でした。
テスターで直結の線との電圧を計った所
1次側(と言う表現は間違い?)二次側ともに100Vでした。
では、安定器はどういう役割をしているのでしょうか?

ご存知の方よろしくお願いします。
(バラストフリータイプの水銀灯ではありませんのでよろしくお願いします)

Aベストアンサー

補足について回答します。
>スライダックス等で徐々に電圧を上げていくと、
>破損することなく、点灯させることができるのでしょうか?
電圧を徐々に上げていった場合、安定器が無いと電圧が放電開始電圧に達したとたんに一気に過大電流が流れ破壊に至ります。
>それとも1A以上の電流が流れないような、
>機材が必用ということですか?
その通り何らかの電流制限(安定器)が必要です。

以下電圧-電流の関係の「負特性」および実験の説明です。紙にグラフを書いて見てください。
普通の抵抗負荷の電圧-電流は、縦軸に電圧をとり、横軸に電流をとって書いて見ると原点を通る右上がりの直線になります。
つまり、電圧を決めると電流値は決定されます。
負特性を同じグラフ用紙に書き込みます。放電開始電圧までは、電流は、ほとんど0です。
それに達した後は、その達した点から右下がりの曲線を書いてください。
その後、電流は、限りなく大きく書いていきます。
このようですので、放電開始した後は、スライダックで電圧を下げても追いつきません。
これを実験でデータをとって書く為には、なんらかの電流制限器を使用して電源電圧・放電灯の端子電圧・電流制限器の端子電圧と、それから電流を同時に測定してプロットすればよいでしょう。
なお、当然ですが、水銀灯の端子電圧と安定器の端子電圧は、位相が違います。
この両電圧のベクトル和が、電源電圧になります。

補足について回答します。
>スライダックス等で徐々に電圧を上げていくと、
>破損することなく、点灯させることができるのでしょうか?
電圧を徐々に上げていった場合、安定器が無いと電圧が放電開始電圧に達したとたんに一気に過大電流が流れ破壊に至ります。
>それとも1A以上の電流が流れないような、
>機材が必用ということですか?
その通り何らかの電流制限(安定器)が必要です。

以下電圧-電流の関係の「負特性」および実験の説明です。紙にグラフを書いて見てください。
普通の抵抗...続きを読む

QナトリウムスペクトルのD線について

ナトリウムのスペクトルを先日初めて観察したんですが、
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>単純に2本あるから明るく見えるって

違います。単色光です。その波長の光しか出ていないので、周りが暗く、其の部分だけが、強烈に光って見えるのです。恐らく、2本のスペクトルを観測していませんね!

もし、そうだとしたら、実験は不成功か、回折格子(グレーチング)の選択を誤ったのです。其のほか、2本に分離できなかったのは、コリメーション(光軸)調整が正しくなかったか、スリット調整がまずかったために、波長の近い、2本が分離できず、1本しか見えなかったのです。

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いろいろな光源のスペクトルを観察すると、
線になったり、連続になったりしますが、
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よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

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太陽もそうです。
これは、熱運動によるものだからです。
電流が流されたフィラメントは高音になり、光を出します。
熱運動では粒子1個1個の運動が確率分布になるので、エネルギーがばらばらになります。
よって、連続スペクトルを呈します。
(いわば、エネルギーがばらばらの線スペクトルの集合です。)
赤外領域の光も出しますので、熱が多く出て、エネルギー効率は悪いです。

一方、蛍光灯のスペクトルは、線スペクトルです。
赤1本、緑1本、青1本の合計3本ピーク(黄色と青の2本のタイプもある)があって、
3つの混色で、人間に「白」を認識させます。
赤、緑、青、それぞれの蛍光物質が管の内側に塗布されていて、
蛍光灯内部で発した紫外線が、3種類の蛍光物質を励起し、それが基底状態に戻るとき、
赤、緑、青になります。
液晶画面のバックライトも蛍光灯です。(最近は、蛍光灯ではなくLEDのもありますが)
必要な光以外をほとんど発しないので、エネルギー効率がよいです。

Q発光した光のスペクトルの本数と色

分光器などで分光して観測できる光のスペクトル線の本数とその色は何によって決まるのですか?

例えば水素放電管からの光を分光すると、はっきり見えるスペクトル線が3本のようです。赤色から紫色のスペクトルから3色のスペクトル線が見えるはずですが、何故水素の場合は3本なんですか?またナトリウムランプからの光だと見えるスペクトルが1本しかないのですが、この違いは原子の何によって生まれてくるのですか?
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例えば水素放電管からの光を分光すると、はっきり見えるスペクトル線が3本のようです。赤色から紫色のスペクトルから3色のスペクトル線が見えるはずですが、何故水素の場合は3本なんですか?またナトリウムランプからの光だと見えるスペクトルが1本しかないのですが、この違いは原子の何によって生まれてくるのですか?
赤系の色より青系の色の光の方が振動数が大きいのでエネルギーも大きくなります。よって青系...続きを読む

Aベストアンサー

最後の答えに行くまでにいくつかの基本的な事柄を押さえる必要があります。

まず本数についてですが見えていないだけで実際の本数はもっと多いです。ナトリウムにしても実際はその目立つD線だけではなくてもっと多くの本数が出ています。ただ,他のスペクトルは暗いので見えていないだけです。

次に,エネルギーと明るさですが,これを混同してはいけません。同じ波長の光なら明るい方がエネルギーは高いですが,波長が異なる光を比べたときには明るい方がエネルギーが高いとは必ずしもならない。何故かというと,振動数がνの光は一つ当たりhνのエネルギーを持った粒子で,光が明るいかくらいかは,おおよそ,この粒子の数で決まります。この光の粒子を光子といいますが,明るい暗いはおもにこの放射される光子の数の問題で,質問されてるような波長によるエネルギーの議論は光子一つのエネルギーの問題ですので,切り分ける必要があります。

三番目に,原子内電子のエネルギー準位についてですが,まずは水素原子のボーアのモデルを勉強してください。ボーアのモデルは電子軌道については今日的には間違っていますが,エネルギーについては完全に正しい結果を与えます。ボーアのモデルは理解もたやすく,原子の発光スペクトルの仕組みも分かるはずです。なぜ原子ごとに発光する光の波長がちがうのかは,この原子内の電子のエネルギー準位が原子ごとに異なるからということになります。

ボーアの原子模型
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9C%E3%83%BC%E3%82%A2%E3%81%AE%E5%8E%9F%E5%AD%90%E6%A8%A1%E5%9E%8B

原子構造のボーアモデル
http://www.geocities.jp/hiroyuki0620785/ryosi/bohrmodel.htm

最後に,なぜ明るい線と暗い線があるかですが,この電子の軌道間の遷移にはおこりやすい遷移とおこりにくい遷移があります。これを決めているのが遷移確率と言うもので,遷移確率が大きい遷移は多数回おこるので多くの光子を放出して明るく見え,遷移確率が小さい遷移はあまりおこらないので放出される光子も少なく暗くなります。原子の種類ごとにこの遷移確率の大小が異なるので,目立って見えるスペクトルもかわってきます。

最後の答えに行くまでにいくつかの基本的な事柄を押さえる必要があります。

まず本数についてですが見えていないだけで実際の本数はもっと多いです。ナトリウムにしても実際はその目立つD線だけではなくてもっと多くの本数が出ています。ただ,他のスペクトルは暗いので見えていないだけです。

次に,エネルギーと明るさですが,これを混同してはいけません。同じ波長の光なら明るい方がエネルギーは高いですが,波長が異なる光を比べたときには明るい方がエネルギーが高いとは必ずしもならない。何故かというと...続きを読む

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。

Q発電機の電力と回転数、 起電力と電圧と電流、 について

1 発電機の回転数と電力の関係を知りたいと思います。
 調べて考えたところ、回転数に比例して電圧が上がり、結果電流も上がって、一回転の電力は回転速度の二乗に比例する、、ようですが、だとしたら時間当たり出力は3乗に比例する、ということでいいのでしょうか。

2 じつは、今だに起電力と電力と電圧と電流の統合的関係がわかっていません。
 (d磁束/時間)×巻き線=(比例)=電圧と思いますが、(d磁束/時間)が本来の概念として相当するのは電流なのか電圧なのか。
 起電力とは電圧だとしたら、負荷を並列に数を増やすと抵抗が減って、それに応じていくらでも電流を流せるはずという原理になってしまいそうです。
 発電機は他の仕事を電力に変換するはずなのに、電圧か電流の一方の式しか見付けられませんでした。
 仕事=抵抗×ストローク、に相当するものはどうなっているのでしょう。実際の事情でなく原理として知りたいです。

2 の方は暇なときでいいです。1の方は困るというより、わからないと危ういというか。

Aベストアンサー

1.
電力とは単位時間当たりに生み出すエネルギーのことを意味します。
(仕事率と同じ次元になります。単位も仕事率の単位W(ワット)を使用します)
時間当たりの量ですので、1回転当たりのエネルギー量と同じではありません。
回転数を上げると、1回転に要する時間は反比例して小さくなります。
つまり回転数を2倍にすると電力は4倍になりますが、1回転当たりに生み出すエネルギーはその半分、つまり2倍になります。

2.
起電力とは誘導される電圧をさします。
では負荷のインピーダンスを小さくすることでより大きな仕事を取り出せるかというとそれは違います。
負荷のインピーダンスを小さくし電流量を大きくすると、発電機内の磁界が大きくなり発電機をまわすのに必要なトルクが増大します。
同じ仕事率で発電機を回すと、(仕事率)=(トルク)×(回転数)ですので回転数が落ちてしまいます。その結果、起電力が落ちてしまいます。
出力電圧を一定にするためには与える仕事率をより大きくする必要があります。

Qレート方程式の考え方

レーザーの発振原理について勉強しています。
それで、どなたかレート方程式について教えてください!
お願いします!!

Aベストアンサー

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ある準位に注目して,そのポピュレーションn(p)について,
dn(p)/dt = 励起分 - 脱励起分
とします.通常,μ秒オーダーで定常となりますので,
準定常近似として,d/dt=0とします.

レーザー発振の場合,脱励起は誘導放出ですので,アインシュタインの
B係数B(p,q)を用います.B係数はA係数より算出出来ます.(係数失念.)
励起は,放電管ですので電子衝突励起の速度係数C(q,p)を用いますが,
詳細釣り合いが成立している場合,電子衝突脱励起の速度係数F(p,q)はC(q,p)から
求まります.(法則名失念...成り立つ場合,「詳細釣合」と言います.)

3準位,4準位の場合は,それらの間で上記について,連立方程式を立てます.

Q吸光度の単位

吸光度の単位は何でしょうか!?
一般的には単位はつけていないように思われるのですが。。
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

物理的には、No.1さんも書かれているように吸光度も透過度も基本的に同じ単位系の物理量どうしの「比」なので「無単位」です。しかし、無名数では他の物理量、特に透過度と区別が付かないので、透過度は"透過率"として「%」を付けて表し、"吸光度"は「Abs(アブス)」を付けて呼ぶのが業界(分析機器工業会?)のならわしです。

Q屈折率と波長と周波数の関係について

はじめまして。
ちょっと困っているので助けてください。

屈折率は入射光の波長に依存しますよね?
一般的な傾向として、波長が長くなると
屈折率は小さくなりますよね?
それで、このことを式で説明しようとしたんですが、

屈折率は真空の光速と媒質中の光速の比なので、
n=c/v
媒質中の光の速度、位相速度は
v=fλ
で、周波数と波長に依存します。

ところが!波長と周波数は逆数の関係なので、
この二つの式を使ってしまうと
屈折率が波長に依存しないことになってしまうのです・・・。
どうかこのあたりの説明をおしえてくださいませんか。
よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

ekisyouさん、改めまして初めまして。
ご指摘のようにfとνは全く同じものです。同じ物理量に異なる文字を使ってしまったのは私のミスです、申し訳ありませんでした。また「振動数」「周波数」の二つの言い方を用いましたがこれもどちらでも同じことです。ekisyouさんのこれまでのお考えで正しいです。

前回の回答をもう一度正しく書くと
--------
n=c/v
が屈折率の定義そのものである。真空中の光速cは不変であるからnが波長(または周波数)依存性を持つとしたら媒質中の光速vが周波数依存性を持つことになる。従ってこの式は周波数をfとして
n=c/v(f)
と表すべきものである。
二番目の式
v(f)=fλ
で、vに周波数依存性があることを考えるとfとλは厳密な反比例な関係でない。
--------
となります。大変失礼を致しました。

なお上記の式だけからでは「赤い光の方が紫の光より屈折率が小さくなる理由」は絶対に出てきません。
その理由を説明するためにはどうしても電場中での媒質の分極を考える必要があります。屈折の原因は既にご承知とのことですので、あとはその部分の理解を深めて頂くのみです。
(1)光が媒質中を通過する場合、周囲の媒質を分極させながら進む。
(2)可視光線の範囲であれば、周波数が高くなるほど分極の影響により光は進みにくくなる。
(3)(2)により光の速度が落ちる、ということは即ち屈折率が上がる、ということである。

(2)ですが、共振現象とのアナロジーで考えれば分かりやすいと思います。いまある物体を天井からひもで釣るし、それにさらに紐を付けて手で揺らすこととします。(A)ごくゆっくり揺らす場合は手にはほとんど力はかけなくて済みます。(B )ところが揺らす周期を短くするとだんだんと力が要るようになります。(C)さらに周期を短くして共振周波数に達すると急に力は要らなくなります。(D)そしてさらに揺らす周期を短くしようとすると、あたかもその錘に引張られるような感覚を受けます。(E)そしてさらにずっと周期を短くすると、錘はまったく動かずに錘と手を結んでいる紐だけが振動するようになります。
可視光線はちょうどこの中で(B)の領域になります。すなわち周波数を高くすると、それにつれて周囲の分極があたかも「粘り着く」ようになり、そのために媒質中の光の速度が落ちるのです。(もっとも、「粘り着く」なんて学問的な表現じゃないですね。レポートや論文でこんな表現をしたら怒られそう・・・)

こんな説明でよろしいでしょうか。

参考となりそうなページ:

「光の分散と光学定数の測定」
http://exciton.phys.s.u-tokyo.ac.jp/hikari/section2.htm
同、講義ノート(pdfでダウンロード)
http://exciton.phys.s.u-tokyo.ac.jp/kouginote/opt2k.html

"Kiki's Science Message Board" この中の質問[270]
http://www.hyper-net.ne.jp/bbs/mbspro/pt.cgi?room=janeway

過去の議論例(既にご覧になっているかと思いますが)
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=140630

ekisyouさん、改めまして初めまして。
ご指摘のようにfとνは全く同じものです。同じ物理量に異なる文字を使ってしまったのは私のミスです、申し訳ありませんでした。また「振動数」「周波数」の二つの言い方を用いましたがこれもどちらでも同じことです。ekisyouさんのこれまでのお考えで正しいです。

前回の回答をもう一度正しく書くと
--------
n=c/v
が屈折率の定義そのものである。真空中の光速cは不変であるからnが波長(または周波数)依存性を持つとしたら媒質中の光速vが周波数依存性を持つことにな...続きを読む


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