原子の構造を大雑把に説明すると、「原子核の周りに電子が存在しているような粒子」となる。そして原子核は陽子と中性子で成り立ち、元素の種類は陽子の数で決まる。
中学や高校で学習するのはだいたいここまでだが、この記事ではその知識をもとにもう少しだけ厳密に原子の構造を考えてみる。
理科
ボイル-シャルルの法則と理想気体の状態方程式
温度\(T\)が一定のときに圧力\(p\)と体積\(V\)が反比例することをボイルの法則、圧力\(p\)が一定のときに体積\(V\)は温度\(T\)に比例することをシャルルの法則という。これらを1つの式で表したものをボイル-シャルルの法則と呼ぶ。
$$\frac{pV}{T}=C(一定)$$
理想気体とは、ボイル・シャルルの法則に正確に従うような気体のことである。理想気体の状態方程式とは次の式のことを指す。
$$pV=nRT$$
熱力学第一法則 ―熱・内部エネルギーとはなにか―
系の内部エネルギーの変化\(ΔU\)は、外部から系に入ってくる熱の総計\(Q\)と外部から系に加えられる仕事の総量\(W\)の和となる。これらの関係式を熱力学第一法則と呼ぶ。
$$ΔU=Q+W$$
また、本や教科書によっては、\(W\)を系が外部にする仕事と定義するものもある。この場合の熱力学第一法則は次のように定義される。
$$ΔU=Q-W$$
【コラム】ダイヤモンドダストと二酸化炭素の昇華について
今回のコラムのテーマは、「ダイヤモンドダスト」です。
みなさんはダイヤモンドダストと聞いて、何を思い浮かべますか？管理人の場合、ポケモンのレッドと戦うときにたまになる天候、というイメージが強いです。このゲーム内でもかなりのレアイベントらしい(自分は実機で見たことない)ですが、現実のダイヤモンドダストも、雪国に住んでない限りはほとんど縁がない現象でしょう。自分も写真でしか見たことがありませんが、きらきらしていてとてもきれいですよね。この現象はなぜ発生するのでしょうか。
【コラム】ガラスは固体か液体か？
今回のコラムのテーマは、「ガラスの状態」についてです。
この記事のタイトルを見て、「はぁ？ガラスとかあんな硬いもの固体に決まってんだろ」と思った人も多いと思います。管理人も大学に入る前は完全にそう思っていました。ところが、実は科学者の間でも意見が分かれるくらいあいまいな問題なのです。その証拠に、このガラスが液体なのか固体なのかという議論には、200年を超える長い歴史があります。