Transcript と電子
2日目内容 • 冊子販売 • HP更新状況の説明 講義で使用したプリント（パワーポイントファイル）を掲載した． 課題提出システムで出された回答も掲載する． 授業の感想は科学ボランティアセンターのHPに掲載されて いる． http://ridai-svc.org/ • 講義 前回の復習＋α，1章 ＜次回までの課題＞ • i－sysで課題2（１章への質問・感想）を提出する． • できるだけ口頭報告の班（4～6名）を編成しておく． 1 ＜静電気力の特徴＞ ①同符号の電荷（＋と＋，－と－）は反発しあう． ②異符号の電荷（＋と－）は引き合う． ③距離が近いほど大きな力がはたらく． ガラス棒： プラスに帯電 ストロー（ポリプロピレン）： マイナスに帯電 プラス マイナス ビニールひも（ポリプロピレン）で「静電気クラゲ」． 2 静電気により物質に引力がはたらく理由 ― ― 原子 ＋ ＋ 原子核 ― 電子 ― ＋ ＋ ― 引力 塩 ビ 水 道 管 ― ＋ ― ＋ 静電気による引力は，集塵機や コピー機などで利用されている． 3 金属に電荷を近づけると．．． ＋ + + + + + + 自由電子 ― 塩 ビ パ イ プ + + + + 原子（陽イオン） 電子 4 なぜいつも引力なのか？ • 全ての物質は，原子から出来ている． • 全ての原子は，原子核（＋）と電子（－）から出来ている． • 電子（場合によっては原子）は，物質中である程度動ける． ― ― 電子 ＋ 原子核 5 6 問題９ 紙でこすって静電気を発生させたストローを 水流に近づけると，どうなるでしょうか。 ① 水の流れは引力を受けてストローの方 に曲がる。 ② 水はそのまま，まっすぐ流れる。 ③ 水の流れは反発力を受けてストローと 反対側に曲がる。 7 水(H2O) の場合 ストロー － ③反発力？ ①引力？ ②相互作用なし？ 8 水(H2O) の場合 ガラス棒 ＋ ③反発力？ ①引力？ ②相互作用なし？ 9 問題１０ 紙でこすって静電気を発生させたストローをメ タノールの流れに近づけると，どうなるでしょう か。 ① メタノールの流れは引力を受けてスト ローの方に曲がる。 ② メタノールはそのまま，まっすぐ流れる。 ③ メタノールの流れは反発力を受けてス トローと反対側に曲がる。 10 メタノール (CH3OH) の場合 ストロー － ③反発力？ ①引力？ ②相互作用なし？ 11 問題１１ 紙でこすって静電気を発生させたストローを ヘキサンの流れに近づけると，どうなるでしょ うか。 ① ヘキサンの流れは引力を受けてスト ローの方に曲がる。 ② ヘキサンはそのまま，まっすぐ流れる。 ③ ヘキサンの流れは反発力を受けてスト ローと反対側に曲がる。 12 ヘキサン （C6H6) の場合 － ③反発力？ ①引力？ ②相互作用なし？ 13 質問２ 水やメタノールは静電気から強い引力を受け るのにヘキサンでは弱い引力しか受けないの はなぜでしょう？ ヒント：それぞれの分子の極性を考えよう！ 14 15 水素原子は電気陰性度が低い ＋ 酸素原子は電気陰性度が高い H ２― ＋ O H ＋ 水分子には極性がある． 16 電気陰性度高い 17 ＋ H ２― ＋ O H ＋ 18 H ＋ ― ２― O H ＋ 19 ＋ ＋ ― ＋ 20 ヘキサン ヘキサンは無極性分子 21 ― ＋ ― 電子 原子核 22 ― ― 電子 ＋ 原子核 23 自然科学の楽しさ 仮説（予想）→実験→仮説（予想） →実験．．．． • 予想があたると，嬉しい． • 予想がはずれると，もっと嬉しい（大発見かも）． • 仮説をたてる（＝現象のしくみをイメージする） のが楽しい． 24 25 H ＋ ― ― 電子 O ＋ 原子核 H ＋ 26 水分子とヘキサン分子は引き合う！ 水とヘキサンが分離するのはなぜ？ 27 水と油が分離する理由 水素結合 ― ＋ ― 28 29 ＋ H ２― ＋ O H ＋ 30 H ＋ ― ２― O H ＋ 31 32 + － + + + + - - - - - + + + + + - - - - - + － + 33 + － + + + + - - - - - + + + + + - - - - - + － + 34 + － + + + + - - - - - + + + + + - - - - - + － + 35 + － + + + + - - - - - + + + + + - - - - - + － + 水分子が回転に要する時間： 約10-12 s ＝１秒間に１０１２ （1兆）回転 36 + － + + + + - - - - - + + + + + - - - - - + － + 電子レンジ 2.45 GHz 37 + － + + + + - - - - - + + + + + - - - - - + － + 電子レンジ 2.45 GHz 38 39 40 リチャード・ファインマンの言葉 何らかの地殻変動によって，あらゆる科 学知識が破壊され，たった一つの文章し か次世代の人間に継承されないとしたら， どんな文章を残せば最小限の言葉で最大 限の情報を伝えられるだろうか？ その文章とは．．． 「万物は原子から出来ている．」 41 第1章 原子・分子の世界 42 ビリヤードの玉の運動は予測できる． ビリヤードの玉 ＝ 原子 なら 「運命」は決まっている！ P1 図１－１ 43 分子シミュレーション 44 ニュートンの運動方程式 F=ma • 質量が同じなら，加速を大きくするためには， より大きな力が必要． • 同じ加速をするとき，質量の大きいものは，よ り大きな力が必要． etc. 45 ニュートンの運動方程式 F=ma • 質量が同じなら，加速を大きくするためには， より大きな力が必要． • 同じ加速をするとき，質量の大きいものは，よ り大きな力が必要． etc. 46 未来を予測する方法 ニュートンの運動方程式 F=ma 力Fと質量ｍがわかっていれば，加速度aがわかる． 加速度がわかれば，未来の速度がわかる． 未来の速度がわかれば未来の位置がわかる． 古典力学では，運命は決まっている！ 47 48 量子力学と古典力学の関係 量子力学的粒子 P7 図１－６ 量子力学が正しいので，未来は不確定！ 49 量子力学 全ての物体で成り立つ 古典力学 大きな物体でのみ成り立つ 古典力学が正しい領域 古典力学による値 あ る 物 理 量 量子力学による値 ＝真の値 小 粒子の大きさ P7 図１－７ 大 50 古典力学で近似可能な範囲 巨視的（マクロ） 惑星の運動 リンゴの落下 コロイド粒子の運動（ブラウン運動など） 分子全体の運動（並進・回転） 分子内の原子の振動 原子・分子内の電子の運動 原子核内の陽子・中性子の運動 古典力学で近似可能 古典力学で近似不可能 → 量子力学計算必要 微視的（ミクロ） P8 図１－８ 51