Return to Video

静止物の見えない動き — ラン・ティボニィ

  • 0:07 - 0:12
    身の回りにある無生物の多くは
    完全に静止している様でも
  • 0:12 - 0:16
    分子構造の内部を詳細に調べると
  • 0:16 - 0:18
    その世界は
    常に変化している事が分かります
  • 0:18 - 0:19
    伸びたり
  • 0:19 - 0:20
    縮んだり
  • 0:20 - 0:21
    跳ねたり
  • 0:21 - 0:22
    震えたり
  • 0:22 - 0:25
    あちこち彷徨ったりと
  • 0:25 - 0:28
    無秩序に動いているようですが
    そうではありません
  • 0:28 - 0:30
    互いに結合した原子は
  • 0:30 - 0:32
    殆どの物質を決定し
  • 0:32 - 0:35
    一連の原則に従って動きます
  • 0:35 - 0:40
    共有結合した原子で成る分子には
  • 0:40 - 0:42
    基本的な３つの運動
  • 0:42 - 0:43
    回転
  • 0:43 - 0:44
    並進
  • 0:44 - 0:46
    振動があります
  • 0:46 - 0:49
    回転と並進運動で
    分子が動いている間は
  • 0:49 - 0:52
    原子間の間隔は変わりません
  • 0:52 - 0:56
    その一方 振動運動は
    原子間距離を変え
  • 0:56 - 0:58
    分子の形を変えてしまいます
  • 0:58 - 1:03
    各分子について
    運動の種類を数えることができます
  • 1:03 - 1:05
    その数が分子の自由度であり
  • 1:05 - 1:07
    力学において
  • 1:07 - 1:10
    系の状態を
    完全に知るために
  • 1:10 - 1:13
    必要な変数の数になります
  • 1:13 - 1:18
    ３次元空間はx､y､z座標で表されます
  • 1:18 - 1:23
    並進運動は分子を
    どの３方向へも動かせるので
  • 1:23 - 1:25
    自由度は３です
  • 1:25 - 1:29
    分子はどの座標軸の周りも
    回転できます
  • 1:29 - 1:30
    これであと３自由度です
  • 1:30 - 1:33
    二酸化炭素のような
    直線分子なら２自由度です
  • 1:33 - 1:37
    直線分子の座標軸の周りを
    回るだけの１回転は
  • 1:37 - 1:42
    原子の位置は変わらないので
    自由度として数えられないからです
  • 1:42 - 1:45
    振動運動はもう少し複雑です
  • 1:45 - 1:47
    単純な分子の例として
    水素をみてみましょう
  • 1:47 - 1:52
    ２原子結合間の距離は常に変化し
  • 1:52 - 1:54
    あたかも原子同士がバネで
    繋がっているかの様です
  • 1:54 - 1:59
    その原子間距離の変化は
    １nm以下と微小です
  • 1:59 - 2:04
    原子結合数が多い分子ほど
    振動モード数が多くあります
  • 2:04 - 2:07
    水分子は原子が３つあり
  • 2:07 - 2:10
    酸素原子１個と水素原子２個が
    ２つの結合で合体したものです
  • 2:10 - 2:12
    それで水分子は
    振動モードが３つ
  • 2:12 - 2:14
    対称伸縮振動
  • 2:14 - 2:15
    非対称伸縮振動
  • 2:15 - 2:17
    変角振動があります
  • 2:17 - 2:21
    複雑な分子は
    さらに込み入った振動の仕方—
  • 2:21 - 2:22
    逆対称面内変角横揺れ
  • 2:22 - 2:24
    対称面外変角縦揺れ
  • 2:24 - 2:25
    逆対称面外変角ひねりをします
  • 2:25 - 2:30
    分子内の原子数が分かれば
    振動モード数も分かります
  • 2:30 - 2:32
    まず分子の自由度は
  • 2:32 - 2:35
    分子内の原子数(N)の３倍です
  • 2:35 - 2:39
    原子１個が３方向に動くことができるからです
  • 2:39 - 2:41
    ３Nの内 ３つは並進運動で
  • 2:41 - 2:45
    分子内の原子全てが
    同じ方向に動く時です
  • 2:45 - 2:49
    回転の自由度は３ですが
    直線分子の場合は２です
  • 2:49 - 2:54
    その残り３N−６
    直線分子の場合は３N−５が
  • 2:54 - 2:56
    振動運動の自由度です
  • 2:56 - 2:58
    こういった分子の動きの原因は
  • 2:58 - 3:02
    分子が周りから
    主に熱や電磁放射の形で
  • 3:02 - 3:06
    エネルギーを吸収し
  • 3:06 - 3:08
    そのエネルギーが分子の
  • 3:08 - 3:09
    振動
  • 3:09 - 3:10
    回転
  • 3:10 - 3:13
    並進運動に
    変換されるからです
  • 3:13 - 3:17
    運動が速くなれば
    分子の運動エネルギーは増加します
  • 3:17 - 3:21
    これが温度・熱エネルギー上昇の定義です
  • 3:21 - 3:25
    この現象で電子レンジが
    食べ物を温めるのです
  • 3:25 - 3:29
    分子 特に水分子が
    電子レンジから出る
  • 3:29 - 3:32
    マイクロ波放射を吸収し
  • 3:32 - 3:34
    運動速度を次第に上げ
  • 3:34 - 3:38
    ぶつかり合い 食べ物の
    温度・熱エネルギーを上昇させます
  • 3:38 - 3:41
    地球の温室効果も同じ原理です
  • 3:41 - 3:43
    地球の表面に届く
    太陽放射の一部は
  • 3:43 - 3:46
    反射して大気に戻ります
  • 3:46 - 3:51
    大気中の２酸化炭素や水蒸気
    などの温室効果ガスはこの反射光を吸収し
  • 3:51 - 3:52
    運動速度が上昇します
  • 3:52 - 3:58
    温度と運動速度を増した大気の分子は
    方々に赤外線を放ち
  • 3:58 - 4:00
    地球を暖めるのです
  • 4:00 - 4:03
    このような分子運動は止まることが
    あるのでしょうか？
  • 4:03 - 4:06
    絶対零度で動きが止まる
    と思われるかもしませんね
  • 4:06 - 4:08
    絶対零度に達する事に
  • 4:08 - 4:11
    まだ誰も成功していませんが
  • 4:11 - 4:12
    成功したとしても
  • 4:12 - 4:16
    零点エネルギーという
    量子力学の原則により
  • 4:16 - 4:19
    分子は運動を続けます
  • 4:19 - 4:23
    つまり宇宙誕生の瞬間から
    続いて来た粒子の運動は
  • 4:23 - 4:26
    人類滅亡後も
    ずっと続いて行く事でしょう
Title:
静止物の見えない動き — ラン・ティボニィ
Description:

無生物の多くは完全に静止している様でも、分子構造の内部を詳細に調べると、伸びたり、縮んだり、跳ねたり、小刻みに震えたりと、常に変化している原子の世界があります。ラン・ティボニィが分子の動きを詳細に説明し、その活動には終わりがあるものかどうか考察します。

レッスン：ラン・ティボニィ
アニメーション：Zedem Media

＊このビデオの教材：http://ed.ted.com/lessons/the-invisible-motion-of-still-objects-ran-tivony
more » « less
Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
04:44

Japanese subtitles

Revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.