クエリ: アメンボが水の上をすべることができるのはこの力を利用しているからである、液体がその表面積をできるだけ小さく保とうとする力を何というでしょう?
文章: 表面張力 表面張力(ひょうめんちょうりょく、英語: surface tension)(水面張力,水表面張力)は、液体や固体が、表面をできるだけ小さくしようとする性質のことで、界面張力の一種である。定量的には単位面積当たりの表面自由エネルギーを表し、単位はmJ/mまたは、 dyn/cm 、mN/mを用いる。記号にはγ, σが用いられることが多い。 ここで[界面]とは、ある液体や固体の相が他の相と接している境界のことである。このうち、一方が液体や固体で、もう一方が気体の場合にその界面を表面という。 歴史的にはトマス・ヤングによる1805年の報告「An Essay on the Cohesion of Fluids」がその研究の始まりである。
文章: 土壌 ローム土の鉱物組成は、たとえば質量比が砂40%、シルト40%、粘土20%である。土性は土の性質、特に栄養分を保持する性質(たとえば陽イオン交換容量) と水移動に関する性質に影響を与える。砂とシルトは母岩の物理的および化学的な侵食によって形成され、粘土は母岩が降雨に溶解して生成された二次鉱物であることが多く、雲母の風化によるものもある。土粒子の比表面積と土粒子表面イオンの電荷は土壌肥沃度にとって重要なはたらきを持ち、陽イオン交換容量として測定される。砂は比表面積が最も小さく陽イオン交換容量が小さい。シルトはその次に小さく、粘土が最も陽イオン交換容量が大きい。土壌にとって砂の最も大きな役割は、締め固めに対する耐久力が大きく、土壌の間隙率を大きくしていることである。 文章: 受動輸送 生体膜は水分子などの低分子は自由に透過できるが蛋白質などの高分子量物質は透過不能である。細胞内外の溶質の濃度差により水の移動が生じ、この現象を浸透 (Osmosis) と呼ぶ。水の生体膜浸透により細胞内外の浸透圧は一定に保たれているが、何らかの要因によって浸透圧が変化することがある。基本的に水分子は浸透圧が低い方から高い方へと移動するため、高張溶液中では水分子が細胞外へ移動する。植物細胞では原形質分離が生じる。一方、浸透圧が低くなると水分子が細胞内へ移動するため動物細胞においては細胞破裂を生じる。生理食塩水などの等張溶液中では細胞内外を移動する水の量が等しいため細胞は見かけ上変化が見られない。 文章: ハビタブルゾーン 潮汐加熱や放射性崩壊などの他のエネルギー源によって維持されたり、大気以外の理由で気圧が加圧されたりすれば、自由浮遊惑星や太陽系外衛星であっても液体の水が存在する可能性がある。液体の水は束一的性質が異なるため、例えば地球上の海水中に含まれる塩化ナトリウム、火星の赤道上の塩化物や硫酸塩、そしてアンモニアの溶液としてより広範囲の圧力下と温度下で存在できる。また代わりの生化学に基づいて、仮想上の生命体にとって有利な、水以外の溶媒が液体の形態で存在し得る広義的なハビタブルゾーンも提案されている。 文章: 有効応力 有効応力は粒子の集合を堅く保つ力。普通は砂、土、砂利に適用される。 指の間にコインを積み重ねたものを挟むと、一緒にとどまる。指の間の圧力を緩めるとコインの積み重ねは崩壊する。同様に砂が積み重なったものは、砂の質量が主に静止摩擦力により現在の配置のままくっつくようにするため液体のように広がってしまうのを防いでいる。この質量と圧力が有効応力である。 有効応力は力を加えることで簡単に崩壊させることができる(土砂の上にある全ての足跡はその証拠である)。特に地震からくる勾配安定性と液状化現象の研究では重要な要素である。 文章: 粘着式鉄道 車輪とレールが接触する楕円形状の領域のうち、弾性変形した状態の領域である固着領域(粘着領域)が進行方向の前側にあり、進行方向後ろ側には車輪とレールが接触していながら相対的に滑った状態にある滑り領域がある。すべり率が増加していくと、固着領域が相対的に減少していき、また接線力係数が増加して得られる粘着力が増加していく。最大の粘着力が得られるのは、完全に滑っていない時ではなく、わずかながら滑っている時であることになる。しかしすべり率がある限界を超えると接線力係数は減少に転じる。この時固着領域は完全に失われて全体がすべり領域となっている。粘着力が最大になる点が粘着限界であり、これよりすべり率が小さい領域を微小すべり領域、大きい領域を巨視すべり領域という。 微小すべり領域にあるうちは、粘着力はほぼ静摩擦力として取り扱うことができる。巨視すべり領域に入ると粘着力は動摩擦力とみなされることになる。一度巨視すべり領域に入ってしまうと、すべり率が上がるにつれて粘着が低下してさらに滑るようになる悪循環になってしまうため、空転や滑走を引き起こすことになる。この場合一旦駆動力や制動力を緩めるなどの手段をとらない限り微小すべり領域に戻すことはできない。巨視すべり領域に入ったものを微小すべり領域に戻すための制御が空転滑走再粘着制御である。 文章: シリカゲル シリカゲルは多孔質であるため、単位体積当たりの表面積が広く、付近の物質を吸着し易い。この性質を利用して、水の吸着剤や、液体クロマトグラフィなどのカラムの中身や、触媒の担体などとして使用するほか、下記に示すような安全性を根拠として、包装用乾燥剤として一般的に流布する。 シリカゲルには水を吸着し易い性質があるため、乾燥剤として広く使用されている。元来のシリカゲルは無色半透明であるものの、乾燥剤として用いるシリカゲルには、しばしば水の指示薬として塩化コバルト(II) を添加した物が利用される。塩化コバルトを添加したシリカゲルは、水の吸着量が少なく水の吸着力が充分な時は青色を呈し、水の吸着量が増えて水の吸着力が低くなると淡桃色を呈する。乾燥剤としてのシリカゲルは、電子レンジあるいはフライパンなどで加熱することにより、細孔内部の水分を蒸発させることが可能であるため、この加熱処理により再利用が可能となる。塩化コバルトが添加されたシリカゲルは、淡桃色から青色へと戻る。なお、塩化コバルトは、欧州のREACH規制によりSVHCとして候補リストに掲載されているため、指示薬に有機化合物を用いたものが開発されている。 また、吸湿特性によりA型とB型があり、A型は低湿度でも水分を吸着し、加熱すると水分を放出して、乾燥剤として再生される。B型は高湿度では水分を多く吸着するが、低湿度では水分を放出するという珪藻土のような性質がある。 文章: エウロパ (衛星) エウロパの軌道離心率は非常に小さいがゼロではなく、他のガリレオ衛星、主にイオからの重力的な擾乱によってこの値が維持されている。軌道離心率が完全にゼロではない影響で、エウロパの木星直下点は平均位置のまわりでわずかに振動する。また軌道離心率がゼロではないため、軌道を一周する間にエウロパと木星との距離は変化する。エウロパが木星にわずかに近付くと木星からの重力が強くなり、潮汐力によってエウロパは木星の方向とその逆方向の向きに引き伸ばされる。エウロパが木星からわずかに遠ざかると、木星からの重力が弱くなり潮汐力も弱まるため、球に近い形状に緩和しようとする。この変化によって内部海に潮汐が発生する。この潮汐によってエウロパの内部が揉まれて熱が発生し、内部海を液体の状態に保つことを可能とし、地下での地質学的な活動が継続的に駆動されている。軌道離心率は主にイオとの平均運動共鳴によって継続的に維持されているため、潮汐によって継続的に加熱され続けることができる。この加熱のエネルギーの究極的な起源は木星の自転であり、イオが木星に誘起する潮汐を介して木星の自転のエネルギーがイオに輸送され、さらにイオとの軌道共鳴を介してエネルギーがエウロパとガニメデにも輸送される。 エウロパの表面を走る独特の亀裂の分析から、過去のある段階ではエウロパは自転軸が傾いた状態で自転していた可能性があるという結果が得られている。もしこれが正しければ、エウロパ表面に見られる様々な特徴を説明することができる。エウロパの表面を縦横に走る亀裂のネットワークは、全球的な海洋における強い潮汐によって地殻に引き起こされた応力の記録として用いることができる。例えば、潮汐によって地殻に大きな応力がかかった場合、亀裂が発生する。エウロパの凍った地殻にどのような応力の履歴が記録されているか、内部海の潮汐によってどれだけの熱が生み出されているか、そして海がどれくらいの期間に渡って液体であったのかの計算は、エウロパの自転軸の傾きに依存する。エウロパの自転軸の傾きは、エウロパ表面の亀裂がこれまでに考えられていたよりも遥かに新しい時期に形成された可能性があることを示唆している。これは、過去の自転軸の向く方向は一日に数度程度変化し、歳差運動の周期は数ヶ月程度になりうると推定されたことが理由である。自転軸の傾斜はエウロパの海の年齢推定にも影響を及ぼしうる。潮汐力は内部の熱源となりエウロパの海を液体に保つことができるが、自転軸の傾斜が存在すると潮汐力によってさらなる熱が生み出される。このようなさらなる加熱は液体の海をより長い時間存在することを可能にする。ただし、この仮説上の自転軸の変化がいつ発生したのかは分かっていない。 文章: アメンボ 中脚の運動で推進し、後脚で方向を定めて、水面を滑走する。全て肉食で、水面に獲物となる小動物や死骸が落ちると、すばやく接近して前脚で捕獲し、針のように尖った口器を突き刺して消化液を注ぎ込み、溶けて液状になった体組織を吸汁する(体外消化)。 一部のアメンボには前脚の受容器によって水面に落ちた昆虫類を波で察知する能力がある。また、波をなわばり、餌の防衛、求愛行動、個体間の距離の維持などコミュニケーションに利用している。 文章: モル質量 気体の密度によるモル質量の測定は、一定条件の下で一定体積中に一定数の分子が存在するというアボガドロの法則に基づく。この法則により理想気体の状態方程式が導かれる。ここで P は気体の圧力、V は気体の体積、n は気体の物質量、R は気体定数、T は気体の絶対温度である。また気体の密度 ρ は気体のモル質量 M と以下の関係にある。これらの式よりモル質量は気体の密度および絶対温度と以下の関係が成立する。以下の手法は理想希薄溶液の束一的性質を利用するもので、溶液が充分に希薄溶液であると見做すことができ、かつ物質の何らの解離および会合も起こらないという仮定の下によるものである。溶液の浸透圧 Π からモル質量を測定することも可能であり、これも気体の状態方程式と同型の式から算出される。ここで w は溶質の質量でありモル質量は以下の式で算出される。溶液の凝固点は純溶媒より低いのが普通である。 文章: 蒸発熱 気化熱は、液体や固体中で分子間に働く分子間力に、分子が打ち勝つためのエネルギーであると解釈される。 ヘリウムの蒸発熱が 0.08 kJ/mol と極端に小さいのは、ヘリウム原子の間に働くファンデルワールス力が非常に弱いためである。 希ガス原子間に働くファンデルワールス力は原子量が大きいほど強くなるので、蒸発熱はヘリウムの 0.083 kJ/mol からキセノンの 12.6 kJ/mol まで単調に増加する。 室温で気体として存在する物質の蒸発熱は、トルートンの規則より、25 kJ/mol 程度かそれ以下である。おおまかには、分子量が大きくなるほど蒸発熱も大きくなる。例えば、エタン(分子量 30)、プロパン(分子量 44)、ブタン(分子量 58)の蒸発熱は、それぞれ 14.7, 18.8, 22.4 kJ/mol であり、分子量とともに大きくなる。ところが、分子量 18 の 水 H2O の蒸発熱 40.6 kJ/mol は、分子量 16 のメタン CH4 の 蒸発熱 8.2 kJ/mol や分子量 34 の硫化水素 H2S の蒸発熱 18.6 kJ/mol と比べると、異常に大きい。これは、液体中の水分子の間には水素結合が働いているためである。分子量 17 のアンモニア NH3 の蒸発熱が大きくて沸点が高いことも、液体中のアンモニア分子の間に働く水素結合で説明できる。 文章: 流体 これは、各「点」を十分に小さいが多数の分子を含む領域と考え、諸量はこの領域での平均量として定義することで実現できる。連続体モデルは、不連続に変化する量を連続的に変化するとみなす近似である。クヌーセン数 Kn(分子の平均自由行程長と、考えている物理問題に現れる特徴的な長さスケールとの比)が1より十分小さければ(たとえば Kn < 1/5 ならば)、近似の精度は十分に高く、実在流体を連続体とみなしてよい。通常のモデルの流体は多くの分子で構成される連続した物質として捉えられるが、分子数が極めて少ない場合には個々の分子運動の性質に大きく影響されるものであり希薄流体力学という分野で扱われる。 文章: 超臨界流体 超臨界流体としてよく使用される物質は、水と二酸化炭素である。 超臨界流体の水は酸化力が極めて高いため、腐食しにくいといわれているハステロイや白金・イリジウム合金(英語版)、さらに金やタンタルまでもが腐食する。安定な物質であるセルロースやダイオキシン、PCBも超臨界水中では分解可能である。酸化力が極めて高いがゆえに使いづらいケースも多く、その場合は亜臨界水を用いる。超臨界水の密度は室温の液体水(1g/cm3)の0.03~0.4倍程度であり、100°C、0.1MPaの水蒸気に比べて数十~数百倍大きい。粘性率は気体並みに低く、自己拡散係数は液体と気体の中間程度で、臨界水と亜臨界水は気体分子と同程度の大きな運動エネルギーを持ち、液体の1/10程度の密度を持つ活動的な流体といえる。150~350°C、0.5~25MPaの亜臨界水は大きな加水分解力を持つ高温高圧の液体水であり、亜臨界水や超臨界水は温度、圧力を制御することにより密度や溶解度等のマクロな物性から、流体分子の溶媒和構造等のミクロな物性・構造まで連続かつ大幅に制御が可能。亜臨界・超臨界水は誘電率やイオン積という反応場に大きな影響を与える要素の制御が容易で単一溶媒であり、尚且つ水溶性から非水溶性の特性を示し、イオン反応場からラジカル反応場までを提供することができる。 また、超臨界流体の二酸化炭素は、様々な物質をよく溶解する。目的物を溶解した超臨界二酸化炭素を臨界点以下にすると、二酸化炭素は気化するので、後には溶質のみが残る。気化した二酸化炭素は回収して再利用が可能である。実用としてコーヒーの脱カフェインやニンニクの臭気成分や機能性食品の有効成分の抽出などに使用されている。二酸化炭素は臨界温度が31°Cと低いため、分子を破壊せずに活性を維持した状態で抽出する事ができる。 文章: 疎水性 疎水性(そすいせい、形容詞:hydrophobic、名詞:hydrophobicity、本表記は疏水性)とは、水に対する親和性が低い、すなわち水に溶解しにくい、あるいは水と混ざりにくい物質または分子(の一部分)の性質のことである。疎水性物質は一般に、電気的に中性の非極性物質であり、分子内に炭化水素基をもつ物質が代表的である。脂質や非極性有機溶媒との親和性を示す「親油性」(しんゆせい、lipophilic)も同義で用いられることが多いが、疎水性物質が全て親油性であるとは限らず、シリコーンやフルオロアルキル鎖を持つ化合物などの例外もある。対義語は「親水性」(しんすいせい、hydrophilic)である。一般的に極性の高いまたは電荷を有する化合物は親水性を示す。これの例外としては「不溶性の塩」などがあげられる。分子内にある疎水性、親水性の部分をそれぞれ「疎水性基」、「親水性基」という。 文章: VVVFインバータ制御 初期のインバータ駆動では、半導体の容量が小さく、方形波駆動~数パルスで正弦波を近似していたが、さらに速度ゼロから徐々に起動させる低速大電力ではPWM方式などで正弦波に近付けて高調波の損失・悪影響を小さくして起動した。ところがGTOサイリスタなど大電力半導体のスイッチング速度が遅いため、速度を上げると1サイクル1パルスにも達して回転数と搬送波周波数が干渉するので、それを避けるため高速域では搬送波周波数を回転数の整数倍にした。これを「パルスモード」「同期モード」と呼び、低速部の整数倍関係のない動作を「非同期モード」と呼んでいる。 鉄道車両ではこの電圧・周波数比例領域を特に「V/f一定領域(定引張力領域)」と呼んでおり、V/fを一定に保ちながら、一定トルクによる加速を行う。インバータの最大出力と最大電圧以降の高速領域は電圧一定で周波数を上げるので「CVVF領域(一定電圧可変周波数領域)」と呼ぶが、CVVF領域のうち、電流一定で加速を続ける領域は、誘導電動機であればすべり周波数を増やして加速するが、供給電力としては一定(=電圧一定×電流一定)なので「定出力領域」と呼び、トルクは回転速度に反比例する。停動トルク(脱出トルク)に近づくと、すべり周波数は増やせなくなり、周波数のみを増やす「特性領域」となり、トルクは回転速度の2乗に反比例するとともに出力も下がっていく。また、トルク指令時において誘導電動機のトルク急変時でのトルク制御には、「V/f一定・すべり周波数制御」と「ベクトル制御」があり、後者は電動機に流れる1次電流を、固定子側の界磁で磁束を発生させる励磁電流成分と回転子側に誘導電流として流れてトルクに寄与する90度位相の2次電流成分とに分けて、励磁電流を一定に保ちながらトルク指令に対応した2次電流を制御する方式であり、すべり周波数制御に比べて、トルク変化に対しての応答性が良く制御精度が向上している。 直流電動機制御との比較でいえば、「電機子誘起起電力(=逆起電力)+内部抵抗降下」を直流電動機に加えて起動させるのが抵抗制御や電機子チョッパ制御の基本であるから、VVVFインバータ制御はそれに周波数と位相が加わるだけで基本は同様である。「定出力領域」と「特性領域」についても直流電動機の「弱界磁領域=定出力領域」「特性領域」と変わらない。またV/f一定領域も定トルクに制御すれば抵抗制御直流電動機での「定引張力領域」と同様である。 文章: 固体 固体(こたい、は、物質の状態の一つ。固体内の原子は互いに強く結合しており、規則的な幾何学的格子状に並ぶ場合と、不規則に並ぶ場合がある。 液体や気体と比較して、変形あるいは体積変化が非常に小さい。変形が全く起こらない剛体は理想化された固体の一つである。連続体力学においては、固体は静止状態においてもせん断応力の発生する物体と捉えられる。液体のように容器の形に合わせて流動することがなく、気体のように拡散して容器全体を占めることもない。 固体を扱う物理学は固体物理学と呼ばれ、物性物理学の一分野である。また物質科学はそもそも、強度や相変化といった固体の性質を扱う学問であり、固体物理学と重なる部分が多い。さらに固体化学の領域もこれらの学問と重なるが、特に新しい物質の開発に重点が置かれている。 今まで知られている最も軽い固体はエアロゲルであり、そのうち最も軽いものでは密度は約 1.9 mg/cm3 と水の密度の530分の1程度である。