高等学校理科 物理II > 物質と原子
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本項は高等学校理科 物理IIの物質と原子の解説である。
物質には固体、液体、気体の3つの相がある。
これを物質の三態と呼ぶ。
これらはおおよそ温度の高い順から
気体、液体、固体となっているが、
実際には圧力の変化によって
相が変わることもある。
ピストンの中に空気をつめておしていくと
何かが押し返しているように感じられることが分る。
これは、ピストンの中の空気が押し返しているのである。
空気は実際には様々な種類の気体によって
できており、それらの気体はそれぞれの分子によって
できている。それぞれの分子は
いくらかの速度を持って運動しており、
それらのランダムな衝突が、ピストンを押し返しているのである。
理想気体を考えると、
圧力と温度の間には
PV = nRT
の関係があることが知られている。
(理想気体の状態方程式)
ここで、nはモル濃度(mol/m{}^3)であり、
Tは温度[K]である。
物質を作る形態の1つを原子と呼ぶ。
原子は原子核と電子によって構成されている。
これらは古典的には安定な状態として
存在し得ないことが知られている。
これらが安定でいられるのは実際には
極微の世界ではおおきなスケールでの世界と
物理法則が変わって来ることによる。
この場合は電子は波であるかのように振舞い、
その性質によって決まるある配置にあるときのみ
安定でいられることが知られている。
電子の状態によって
固体の電気的性質が決まる。
電子を励起するのにエネルギーが僅かしか必要でないとき、
これを導体と呼ぶ。
一方多くのエネルギーを必要とするとき、
これを絶縁体(不導体)と呼ぶ。
また、その中間に位置するようなものを
半導体と呼ぶ。