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体積

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1: 2019/03/02(土) 12:46:49.36 ID:CAP_USER
早稲田大学と青山学院大学の共同研究で、冷やすと膨張する物質「逆ペロブスカイト型マンガン窒化物」の「負の熱膨張」メカニズムが世界で初めて解明された。

 通常、物質は冷やすと収縮し、温めると膨張するが、逆ペロブスカイト型マンガン窒化物は冷やすと大きな体積膨張を示すことが知られる。しかし、なぜ冷やすと膨張するのかという物理的なメカニズムは40年以上も謎だった。

 一方、逆ペロブスカイト型マンガン窒化物は、温度降下にともないマンガンイオン上の電子のスピンが整列することも知られている。そこで今回の研究では、「電子スピンの整列現象」と「負の熱膨張現象」の関係性に注目した。

 研究グループはまず、電子スピン間に、スピン同士を反平行に揃えようとする相互作用と平行に揃えようとする相互作用の2種類が働いていることを突き止めた。

続きはソースで

論文情報:【Physical Review Materials】Theory of magnetism-driven negative thermal expansion in inverse perovskite antiferromagnets
https://journals.aps.org/prmaterials/abstract/10.1103/PhysRevMaterials.3.024407

https://univ-journal.jp/24972/
images (2)


引用元: 【材料工学】冷やすと膨張する物質の「負の熱膨張」メカニズム解明 早稲田大学と青山学院大学[03/02]

冷やすと膨張する物質の「負の熱膨張」メカニズム解明 早稲田大学と青山学院大学の続きを読む

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1: 2018/09/16(日) 21:52:48.62 ID:CAP_USER
 東京大学生産技術研究所の田中肇教授らの研究グループは、これまで特異なガラス転移現象として説明されてきた水の動的異常性が、実はガラス転移と無関係であり、液体の正四面体構造形成に起因していることを初めて突き止めた。

 水が、4℃で最大密度を示す、結晶化の際に体積が膨張するなど、他の液体にない極めて特異な性質を持つことは広く知られている。また、通常の液体は、フラジャイルな液体(ガラスにならない液体)とストロングな液体(ガラスになる液体)に分類されるが、水は高温ではフラジャイル、低温ではストロングのような特異なふるまいを示す。
このような異常な挙動は、特殊なガラス転移現象としてこれまで理解されてきたが・・・

続きはソースで

論文:【Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America】Origin of the emergent fragile-to-strong transition in supercooled water
http://www.pnas.org/content/early/2018/08/29/1807821115

https://univ-journal.jp/22725/
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引用元: 水の持つ特別な性質について、東京大学が従来の通説を覆す発見[09/16]

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1: 2018/08/28(火) 15:44:28.59 ID:CAP_USER
イソップ神話「ウサギとカメ」のように、カメは耐久力のおかげで必ずうさぎに勝利するはずだ。
米生物学チームによる論文が、学術誌『Scientific Reports』に掲載された。

米デューク大学の研究チームによると、生物学的観点からは、歩みが遅いが目的に突き進むカメが、素早いが「集中しない」うさぎに勝つことは、誰も驚かせない。

計算によると、ゾウやカメ、その他の遅いがより体積の大きい動物は・・・

続きはソースで

https://jp.sputniknews.com/images/396/19/3961996.jpg
https://sptnkne.ws/jx78
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引用元: 【生物学】〈耐久力的には〉亀はうさぎより速い? 古代のパラドックスに生物学的お墨付き[08/28]

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1: 2018/02/02(金) 01:00:18.33 ID:CAP_USER
2018年1月後半の大寒波では日本海側だけでなく関東地方にも雪が降り、転倒や車のスリップなどで700人以上がケガ(*1)をしました。

 それは氷という物質(H2Oの固体状態)の持つ、ある特殊な性質からくるものでした。
それが「滑る」です。

 もちろん、鉄板の上に水や油が撒かれていれば滑りますが、乾いた鉄板であればいくら寒かろうが熱かろうが、滑ることはありません。
でも氷は、水が撒かれてなくとも滑るのです。なぜなのでしょう。

 他にも氷は、他の物質にない特殊な性質をいろいろ持っています。
その2つ目が「増える」です。ふつうの物質は、液体から固体になるとき、体積が減ります。
たとえば溶かしたパラフィン(洋ロウソクの原料)を、コップに入れて冷やしていくと真ん中が大きく凹みます。体積が15%も減るからです。
http://dol.ismcdn.jp/mwimgs/3/e/670m/img_3efc2ba51062d3292662346688ec6a4947581.jpg

 でもH2Oの場合には逆です。
固体(氷)になると体積が10%増えるので、液体(水)に浮くようになります。

氷の特殊さの3つ目は「奪う」です。
H2Oは気体→液体のときに周りから奪う熱量=凝集熱(逆が気化熱もしくは蒸発熱)も、
1gあたり532calと他の物質に比べ圧倒的(*2)ですが、
液体→固体の凝固熱(逆は融解熱)も80calと銅の2倍、鉄の13倍、液体酸素の24倍に達します。
氷はできるときに、多くの熱を周りから奪うのです。

〈氷はなぜ増えるのか。それは〉

「滑る」の話にいく前に、水が凍ると体積が増える(*3)理由を説明します。

 ふつうの物質は、固体になるとき分子間の隙間が減って、
ぎゅっと締まるので体積が減ることになります。密度が上がるので、体積当たりでは重くなります。

 H2O分子の特長はその非常に強い分極性(双極性モーメントという)にあります。
遠くから見ると電気的に中性ですが、近寄るとプラスとマイナスが狭い範囲で強く分かれているのです。
http://dol.ismcdn.jp/mwimgs/e/d/670m/img_ed67863b28ed06835425b4d9314ce7c643682.jpg

 磁気と電気は異なりますが、H2O分子はもの凄く小さな強力磁石のようなものとイメージしてもいいでしょう。
これが相手の物質に張り付いて、分子をひとつひとつ引き剥がし、自分たちの隙間に取り込んでいくのです。
これが水にものが良く溶ける理由なのですが、これはH2O分子同士でも同じ。

 H2O分子は、H2O分子のなかに上手に取り込まれているのです。

 ところが、固体になると分子は行儀良く整列しなくてはならないので、逆に隙間ができて体積が増えるというわけです。
http://dol.ismcdn.jp/mwimgs/f/8/670m/img_f862cf5cf4883e1617efbcd16d5fd69a28541.jpg

 まさにこの「増える」性質のために、海や川の生物は冬でも死なずに済んでいます。
もし氷が水より重かったら大変です。寒気によって冷やされた水は凍って海底に沈みます。
代わりに温かい水が海面に上がって、大気に冷やされまた海底に沈みます。
海底からドンドン凍っていって、最後には住む場所がなくなってしまいます。

 でも、逆なので、氷はまず海面を覆い、それ以上の寒気が海水に触れることを拒絶(*4)します。
上から徐々に凍ってはいきますが、熱伝導率が低く凝固熱が大きいので、簡単には増えません。

続きはソースで

ダイヤモンド・オンライン
http://diamond.jp/articles/-/157394
ダウンロード


引用元: 【化学】氷がなぜ滑るのか、実はまだわかっていない[02/01]

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1: 2017/03/21(火) 21:03:09.42 ID:CAP_USER
2017.03.09 12:46
ほぼ絶対零度の世界で成り立つ、新たな素材。

たしか中学校あたりの理科の時間に、「物質の状態は固体・液体・気体の3つ」と習いました。固体には形と体積があり、液体には体積のみ、気体には形も体積もない、とされ、複数の状態を同時に満たすことはできないと言われていました。でも新たな研究で、特殊な素材と環境を用意すれば、固体と液体の性質を兼ね備えた素材を作りだせることが裏付けられました。

マサチューセッツ工科大学(MIT)とスイスのチューリッヒ工科大学(ETH Zurich)の研究チームが、それぞれの手法で「超固体(supersolid)」と呼ばれる物質を作り出しました。
ただそれは、手で持てるようなものではなく、超低温の真空チャンバーの中だけで存在しうるんです。この研究によって、物質の本質の理解がより進むことが期待されています。

「我々のゴールは、誰もそれがありえるとは思わなかったような、新たな性質を持った新たな素材を発見することです」、MITの物理学者、ヴォルフガング・ケターレ教授は言いました。「地球には今まで存在しなかったような素材を作りたいのです」

(写真)
ケターレ氏の実験設備 (Image: MIT)

MITとETH Zurichのチームは、それぞれ違う素材と手法を使って超固体作成に挑みましたが、共通していたのは原子を「ボース=アインシュタイン凝縮」させたことです。
ボース=アインシュタイン凝縮とは物質の5つめの状態(4つめはプラズマ)と言われるもので、気体を絶対零度近くまで冷やすことで見られる状態です。そこでは、原子が波のような挙動を示すようになります。

この状態はかつてアルベルト・アインシュタインが予言していたのですが、実在が確認されたのは1995年のことでした。
その状態を作り出す実験をした研究者のひとりがケターレ氏で、彼はその功績によって2001年にノーベル物理学賞を受賞しています。

で、「固体であり液体でもある」ってどういうことなんでしょうか? ライス大学のKaden Hazzard氏はNatureで、次のふたつの性質を兼ね備えていることを説明しています。

"
a.超固体は固体のように固く、簡単に恒久的に移動させられる液体とは違い、原子が移動させられると元の場所に戻る。
b.固体では、原子が欠けているといった欠損は原子の格子を通じて移動するが、超固体では量子力学によってこの動きが粘度なしに起こる。

続きはソースで

http://www.gizmodo.jp/2017/03/this-wild-new-supersolid-is-three-states-of-matter.html

top image: ETH Zurich / Julian Léonard 
ダウンロード (1)
※画像はイメージで本文と関係ありません


引用元: 固体だけど流れる液体。物質の制約を超えた「超固体」、ふたつのチームが実現 [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2016/11/13(日) 22:42:56.04 ID:CAP_USER
活断層なら特定の微粒子 阪大が判別手法

特定の岩石の微粒子が断層に残っているかで、ここ約千年の間に断層が活動したかが分かる手法を開発したと、大阪大の広野哲朗准教授(地震断層学)らのチームが12日までに発表した。
成果は英科学誌電子版に掲載された。
 
地震を起こす恐れがある活断層の判別や、最新の活動時期の推定に役立つと期待される。
 
チームによると、これまで、地表付近に堆積した地層のずれが存在するかどうかでしか、活断層を判別できなかった。
新手法は、この層が削られていたり地中に埋もれていたりしても使える。
 
チームは、大きな被害が出た慶長伏見地震(1596年)で活動した、神戸市から大阪府高槻市までの長さ約55キロの断層帯の岩石を分析。
 
続きはソースで

〔共同〕

▽引用元:日本経済新聞 2016/11/12 23:29
http://www.nikkei.com/article/DGXLZO09483720S6A111C1CR8000/

▽関連
大阪大学 研究情報
非晶質微粒子が残存≒約千年以内に活動した断層!
http://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2016/20161109_1

images (1)

引用元: 【地震断層学】活断層なら特定の微粒子 判別手法を開発/大阪大©2ch.net

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