絶対零度|超電導と超流動について1分動画で解説

絶対零度と超電導について 自然科学
「絶対零度って何? そもそも暑いとか寒いってどういうこと? 絶対零度ではどんなことが起きるの? 物理学ってなんだか難しそうだな…」

こういった疑問に物理学修士の筆者が答えます。

結論

絶対零度とは私たちのよく使うセルシウス度で-273.15℃を表しています。詳細は本記事にて解説します。

TikTokの1分解説

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絶対零度##tiktok教室 ##物理

♬ にんげんっていいな(Cover) – Hidekazu Wakabayashi

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世界一すべる話〜抵抗0の世界〜「超流動現象」##物理 ##tiktok教室

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本記事の参考文献

本記事の内容

1.絶対零度とは

絶対零度とは

冒頭でも説明したように、絶対零度とは-273.15℃を表していて、地球上で観測された最低気温-89.2℃より約184℃も低いので、いかに寒いかがわかると思います。

ちなみに現在考えられている1番暑い温度はプランク温度と呼ばれ、約1.4×1032℃と想像ができない暑さです。

2.暑いとか寒いとは

暑いとか寒いとは

暑いとか寒いというのは、ミクロな世界で原子や分子の運動の激しさを表しています。私たちの身の回りでは酸素分子や窒素分子が音速くらいで飛び回っていて、それらが激しく運動すると暑く感じるし、逆に穏やかに運動していると寒く感じます。さらに運動が穏やかになり、原子や分子がほとんど止まった状態が絶対零度なのです。
絶対零度に近づくと、水銀やアルミニウムでは超電導と呼ばれる電気抵抗が0になる現象が発生します。また超電導になると物体に磁場が進入しないというマイスナー効果が発生し、磁石と反発する性質を示します。
またヘリウムは抵抗が0になる超流動現象が起こります。例えば、注射器を押さないと中から液体が出てこないのは液体には粘性(粘りっ気)があるからです。超流動ヘリウムは粘性がなく抵抗が0なので、注射器を押さなくても液体が出てきます。

ちなみにヘリウムは絶対零度でも1気圧じゃ凍らないです。

超電導の実用性

超電導の実用性

まず電気抵抗が0だとどういうメリットがあるのかというと、例えば発電所で作らた電気の送電時のロスを0%にすることができます。電気は通常、送電時に5%ロスしているのですが、そのロスが無くなるのです。
また超電導は超電導磁石として、病院のMRIに実用されています。超電導体をコイルにすると、強力な電流を流しても発熱しないです。この特性がMRIやリニア新幹線、核融合発電などを理論的に可能にしているのです。
病院にヘリウムが積まれたトラックが止まっているのをたまに見かけることがありますが、これはMRIの超電導磁石を冷却するために運ばれているのです。

現在、超電導体15℃と、私たちの普段の生活と変わらない温度で超電導状態になる物質も発見されており、さらなる超電導技術の応用が研究されています。

超流動ではどんなことが起きるか

超流動ではどんなことが起きるか

コップに超流動ヘリウムを入れると、コップの壁をよじ登って外に出たりもします
なぜこのような現象が起きるのかというと、上写真のようにコップの中のヘリウムがヘリウムを引く力より、
コップの壁がヘリウムを引く力のようが強く、コップに内側にヘリウム原子100分くらいの膜ができます。
普通の水なら粘性(摩擦)があり、よじ登れないですが、超電導ヘリウムならサイフォンの原理によって、膜をつたって外に流れることができるのです(サイフォンの原理は位置が高いバケツに入っている水がホースを伝って登って位置が低いバケツの中に流れますが、ここでは超流動ヘリウムが膜を伝って超電導ヘリウムが登って、コップの外の低い位置に流れます)。

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