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物質の構造と異なる段階

Compressed Air Wiki Physics of Air Compressors Basic Theory

圧縮空気のしくみを理解するには、物理学の基本が役立ちます。物質の構造の説明から始めます。後半では、物質の4種類の状態とその分子についてごご覧ください。

物質の構成要素

物質の異なる状態

気体、液体、または個体のいずれの形でも、すべての物質は原子から構成されています。したがって、原子は分子の一部として現れることがほとんどですが、物質の基本的な構成要素です。分子は、複数の原子が同種または異なる種類の他の原子と集合したものです。原子の構造は、密度が高い原子核とそれを取り巻く小さく軽量で高速回転する電子からなります。他の構成要素も存在しますが、安定していません。これらの粒子は4つの特性によって特徴づけられます。
- 電荷
- 静止質量
- 力学的運動量
- 電磁的運動量

原子核に含まれる陽子の数は、原子の原子番号と同じです。電子により加わる質量はほとんどないため、陽子の総数と中性子の数は原子の総質量とほぼ等しくなります。このことは周期表から分かります。電子殻には、原子核内の陽子と同じ数の電子が含まれます。これは、通常は原子が電気的に中性だということです。

デンマークの物理学者であるニールス・ボーアは、1913年に原子の構成モデルを考案しました。ボーアは、いわゆる定常状態で、一定のエネルギーを持つ場合にのみ原子が存在することを実証しました。原子があるエネルギー状態から別のエネルギー状態に遷移すると、放射量子が放出されます。これが光子と呼ばれます。遷移が異なることは、光の波長が異なることから明らかになります。分光器では、これが原子の線スペクトルに線として現れます。

物質の4つの状態とは

化学的結合により集合した原子を分子と呼びます。分子はきわめて小さいので、1 mm3の大気圧の空気には約2.55 x 1016個の分子が含まれています。基本的に、物質は4種類の状態で存在します。

- 個体状態

- 液体状態

- 気体状態

- プラズマ状態


個体とは、分子が強い結合により格子構造で密に詰まっている状態です。絶対零度を超える温度では、ある程度の分子の運動が起こります。この状態では、バランスのとれた位置を中心とする振動があり、温度が上昇するとこの振動が速くなります。個体の状態の物質を大きく加熱すると、固定された格子構造では分子の運動を止められなくなり、物質が溶解して液体に変化します。液体をさらに加熱すると、分子の結合が完全に解けて、液体の物質が気体の状態に変化し、この気体が全方向に拡散して室内の他の期待と混ざり合います。気体の分子を冷却すると、速度を失い、再度互いに結合して凝縮します。ただし、気体の分子をさらに過熱すると小さな粒子に分解し、電子と原子核のプラズマを形成します。


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