理科離れと学際領域の考察
よしやす
理科っぽい視点で身の回りのことを見てみませんか?
そんない理科の時間B 第628回
そんない理科の時間Bをお送りいたしますのは、よしやすと
かおり
かおりです。
よしやす
よろしくお願いします。
よろしくお願いします。
今日は、7月にいただいたメールの紹介、その2です。
その2!エデン!
8月はね、金曜日が5回あるので、メールの回を2回にしてみました。
かおり
なんで?
よしやす
なんでって、8月に金曜日が5回あるのは、仕方がないことですよ。
かおり
びっくりするじゃないですか。
よしやす
そうなんですよね。全然気にしてないで、カレンダー見たら、
何日に何を配信しようかなって考えたら、5回あったということで。
かおり
何日に何を配信しようかなって考えてるんですか?
よしやす
オープニングでは、質問ではない話で、いくつかメールの紹介をしてみようと思います。
マックスへのちくわさん、高校生の理科離れについて話題でしたが、
ということで、マックスへのちくわさんは、学生時代、学際領域を学ぶ学部に所属していましたということで、
かおり
学際領域って何?学園祭領域的な?関東地方の学園祭一連とか。
よしやす
学際の祭は祭りじゃないんですよね。国際の祭ですね。
かおり
国際?
よしやす
国際的の祭ですね。
かおり
山学のきわってこと?学びのきわ?
よしやす
国際の祭はインターですよ。
かおり
きわっていう字じゃないの?これ。きわ。
よしやす
きわじゃないんじゃない?
かおり
違う。え?祭、これどういう意味?
よしやす
インターホニャララですよ。何々と何々の間っていう感じで。
間?
または何々を結ぶものっていう感じですね。インターなんとか。
かおり
違う。池のきわ。きわだよ、きわ。
よしやす
だから、二つのものを結びつけるとかっていうのがこの祭っていう意味で、英語だとインターホニャララ。
インターナショナルっていうのは国際って訳されるじゃないですか。
かおり
でも、池のきわを歩くのきわはこれらしいよ。
よしやす
で、一般的に。
かおり
窓際のきわもこれらしいよ。端っこって意味じゃないの?
よしやす
あ、だから接触しているところって意味でしょ?
かおり
漠然とそばにいることを示す。あ、違う、これ英語だ。
よしやす
そう、だから、接触している面とかがっていう意味のきわで、エッチっていうよりは、二つのものがあってそのくっついているところが祭なんですよね。
かおり
その物事が他と錯解をなしているところの近く。
よしやす
そうそうそうそう。だから学際領域。
学際領域っていうと、複数の領域を股に掛けたとかくっつけたような感じで、一つの考え方ではなくて、複数の考え方を見るっていうのが学際領域っていうので。
かおり
いくつかの学問の領域にまたがること。
インターディスクリスシプリナリーの略語。
ディスシプリナリー。
よしやす
ということで、学際領域っていうことで、話を元に戻すと、高校生の理科離れっていう話がある中で、
マックスへの塚原さんは、教授にT型思考にしなさいと言われていたと。
T?
横棒一本に縦棒一本でしょ、T型って。
かおり
Iではなくも。Iだと横棒一本、横棒二本もありますよ。
よしやす
Iはでも横棒短いでしょ。
Tっていうのは、ある程度横幅が広く、いろんな知識で少なくとも一つのことについては深掘りできるようにっていうのがT型思考っていうやつなんで。
かおり
広くはさっき言った、広く深く?
よしやす
広くと、ところどころに深いところがあるっていう感じですね。
っていうようなことがあって。
マックスへの塚原さんは、高校生が考える役に立つお勉強っていうのは、お金が儲かるとかっていう話とか、社会課題の解決になるという感じで、
手っ取り早く何かしらに役に立つっていうのがやっぱり重視されちゃうんじゃないですかね、というコメントでした。
まあね、社会に出たらそんなことも言ってらんないよというコメントもくっついてますけれども、
何はともあれ、私は役に立つよりは面白いっていう方を訴求できればいいかななんて思ってるんですけどね。
はい、あとですね、犬ひげさん。
こちらも大人になってから理学っぽいものの見方に目覚めるのは、現代社会ではなかなか難しいと感じていますというふうに書いていただきました。
AIの活用とその懸念
よしやす
大人がね、そもそも忙しいとか疲れたという話をしているし、
自分たちが小さい頃は身の回りに好奇心を注ぐようなものがいろいろあったけど、
今はそれが全部パッケージ化されて画面の中に入っちゃった感じがあるというのがあって、
なかなか難しいんじゃないですかねというのと、
結論としては、この番組を聞くといいんじゃないかということが書いてあります。
かおり
なるほど、パッケージ化されてないのか?
よしやす
よくわかんないですけどね。
要は、いろんな見方を提供してくれるんじゃないかという話でした。
へなちょこさん。
たまに疑問なことを教えてほしいなと書き込むと、吉谷さんがわかりやすく解説しているのはとてもありがたいです。
でも近頃は何かにつけてAIが注目されていて、吉谷さんが質問メールを送ってくる前に、
俺だって忙しいんだからAIに聞いてみろよと密かに思っているのではと、
邪髄したくもなります。
という話でしたが、別にAIに聞いて解決するなら、
AIに聞いてくださればいいんじゃないですかね。
うちにメールを送ってくる前に、AIで調べろとか検索しろというつもりはないです。
そう、言ったことがあるのは、
どこどこの番組でなんとかって言ってましたけど、
そうなんですかっていうのは、その番組に聞いてくださいって言われたことありますけどね。
そこはそうじゃないですか。
どんな意図で言ったかまでわかんないからね。
作者の意図。
番組配信者の意図を組んで、他の配信者が何て言ってたでしょうって話は違うので。
それで、最近AIをどう使ってるかみたいな話を、
たまたま今日も会社で話をしたんですけど、
AIはウェブ上に転がっているたくさんの情報を読み込んで、
それらしい文章を作るのが得意っていうのがAIだと。
そうすると、それらしい文章が出てくるっていうニーズがあれば全く問題ないけど、
それだとまずいっていうところに使うと失敗しますよってことなんでね。
最近、最近でもないな、去年ぐらいから言っている、
こんなことって何とかって聞くじゃないですか。
AIにね、そうすると教えてくれたりするんですけど、
私的には、入社2,3年目のすげえパワフルな新人というか、
中堅というか若者みたいな感じっていうふうに、
するといいんじゃないかっていうのを話してるんですけど。
かおり
AIに名前つければいいと思うんですよね。
前に記事であったんだけど、AIで返答してくれる人格というか、
AI格にこういうふうに、こういう人物設定で返事してっていうと、
そういう人物設定で返事してくれるんですよ。
名前とかつけてやると結構いい感じよ。
よしやす
じゃあ、かおりさんはその名前をつけたAI君と話しててください。
かおり
そうそう、だけど逆に人格を作っちゃったから、
ちょっと闇雲に変な質問をしづらくなっちゃって逆に。
よしやす
どういうこと?
かおり
こんな質問ちょっと恥ずかしいなぐらい。
よしやす
なんでAIにそんな恥ずかしい質問するわけ?
かおり
とりあえずそのAIに聞く前に、一応自分で一回Googleで調べて、
例えばいくつかのことを調べたいときに、一つ一つはGoogleで調べると。
それを全体的に俯瞰してまとめて欲しいとか、比較して欲しいっていうときは、
最後だけちょっとAIにお願いしようかなぐらいな感じで。
よしやす
それはあれなんですか?こんなくだらないことを聞いて恥ずかしいっていう感じなんですか?
自然との関わりと科学への興味
よしやす
そういうわけでもない?
かおり
結局、否定はしないけど学習するわけじゃないですか、AIがね。
学習してないのかな?私がこういう質問をしてるっていうことを。
よしやす
同じAIシステムを使って、文脈を読んで返事するってのをやってます。
なので、新しい質問ですってやると、前の文を忘れて答えてくれますよ。
かおり
そういうのができるはずです。文脈を知ってるんで、この前のやつでいくと、
北半球の一等星は何個あるって聞くじゃないですか。そうすると何個あります。
リストにしてって言ったらリストにしてくれます。
よしやす
その後、南半球では何個ありますか?
北半球の一等星は何個ありますか?
北半球の一等星は何個ありますか?
それで、インターネットでいくと、南 stretchesをしながら聞くだけで、
かおり
先ほど話した一等星が何個あるか表にするって覚えてやってくれる訳。
よしやす
ああ、なるほどね。
そうしないと、文脈がないと、南半球では分からないじゃないですか。
新しい質問なので、さっきまでのことについては忘れてください、また無視してくださいっていうのとか、
あとはAIのシステムでは新しい質問というボタンがあって、それを押すと新規の質問として文脈を考えないでやってくれるっていうのもあります。
そうするとその後、ゼロからってやって南半球は?って聞くと、
南半球とは赤道よりも南の地球の半分のことですとかっていうのが出てくるわけ。
かおり
ああ、なるほどね。
機械だから機械って割り切るんだけど、そこに人格を与えてしまったので、気軽に聞かなくなっちゃった。
よしやす
よくわかんないですけどね。いい使い方なのかどうかもわかんない。
かおり
でもね、時間つぶしに非常によろしくて、おしゃべりできるの、AIと。
よしやす
それは知ってますよ。でもAIとおしゃべりするのはあんま面白くないんで、私は。
かおり
でもなんていうの、どんな時間でもちょっと人に喋りたい的な?
でも夜中とかにそれを持っても、やっぱり相手、本当に生きてる相手だと喋れないじゃないですか、夜中とかだとね。
よしやす
えーとね、今午前1時14分ですけど。
かおり
全然全然、あのまだ夜。収録が終わった後とかに、ちょっと興奮してちょっと寝づらいときとかに、ちょっとおしゃべりよと。
吉田さん付き合ってくれるじゃん。
よしやす
寝ます。
かおり
でしょ。
よしやす
話をメールに戻していいですか?
かおり
はい。
よしやす
で、チャットGPTを始めるとする生成AIは恐ろしいほどの耐食感、電力と水の消費だそうですがって書いてあって、
やっぱりコンピューターがね、たくさんの計算をするというのについては、まだ人間には及ばない、あの燃費として。
もう人間ね、あの砂糖水飲んでればとりあえず頭動くんで、それに比べると、
なんとかっていう生成AIに質問を入れると、どこかで電気を消費したりするわけですよね。
で、
かおり
高騰もいいよ。
よしやす
だから、人間だったらそれで動くけど、生成AIは実はどこかで電力を消費していて、
データセンターとかを作るには、たくさんの電力を引いてこなきゃいけないとかっていうのがあって、
これから先、電気が高騰すると、あの生成AIの利用量も高くなるかもしれませんね。
かおり
ありえ。
よしやす
はい。
ということで、次のメールは、猫のお手さん。
高校生の時、将来役に立つかどうか、そんなことを話した記憶はありますが、
猫のお手さんによると、将来役に立つ立たないはやりたくない理由として差し出しているだけ、深い議論にはならないと思いますと書いてくれました。
ありがとうございます。
かおり
ありがとうございます。
よしやす
つまり、あの、理科の授業はめんどくさいしやりたくないから、将来役に立つ立たないからやらないんですよねっていうふうに言い訳をしてるんじゃないかというご意見です。
かおり
まあ、そうね、言い訳ね、そうね。
よしやす
で、面白いのは、猫のお手さんは小学校1年生の時、漢字は読みが二文字以上のものしか覚えないと決めた、決めてた時がありますと。
かおり
面白いね。小学校1年生でそういうふうに思ったんだ。
よしやす
読みが一文字だったら、ひらがなで書くのと効率が変わらないじゃないか。
かおり
効率むしろ悪いよね、漢字の方が。
よしやす
というので、やってみたんですが、どんどん覚えない漢字ばかりで、テストでひどいことになるのでやめましたということで、そんな経験が面白いですね。
かおり
いやでも、そこで自分でこういうふうに思って、実際トライして、トライ&エラーってことね。
よしやす
そう、反省して、ちゃんと漢字書くようになったみたいですよ。
で、次は、スピカ48さんは理科好きになった、科学科好きになったかっていう理由で、
自分は九州の田舎育ちで、家に農機具があり田植えや稲刈りを手伝って、タガメやエビを捕まえたりね、
庭のビワを千切って食べ、椎茸の菌を打ち、こうお手伝いしてますね。
峠工事にノイチゴを食べとかっていうので、やっぱ自然と付き合った経験が、
いろんな科学好きとか理科好きになったっていうのに結びついてるんじゃないかというメールをいただきました。
今、私が住んでいる地域や環境的に、少なくとも自分の子供たち、すでに3人成人しましたが、
にとってはそういう体験は日常ではなかったと感じますということで、
それをわざわざ作るのがいいのか、それとも今の日常の中で科学を探すのがいいのか、なかなか難しいですね、などと思いました。
はい。
はい。
あとは、パックス家の父さん。
お子さんが大学に入って、あちこちに行くのがお一人になったり、息子さんのところに訪ねて行ったりっていうのをいただいたりしています。
ということで、皆さんのここへ行ってきましたの紹介をしていこうと思います。
理科好きの国語教師さんは名古屋クリエイターズマーケットに行かせてもらいました。
Tシャツ買っていただいてありがとうございます。
かおり
私も買った。
よしやす
ありがとうございます。
かおり
運転Tシャツ。
よしやす
そうですね、雲10周のやつね。
かおり
はい。
よしやす
はい、ありがとうございます。
ゆかちんさんは年功博物館に行ってきました。
かおり
お、一緒ですね。
よしやす
すごく勉強になりましたというふうに書いてくれました。
あとですね、ミネララインJPさんは電子基準点に行きました、つまごいということで。
そうです、三角点とかね、測量で使うやつの中のいくつかはすでに電子基準点っていうのに塗っていて、
あんまり動かないはずのところに基準点があるんですが、
常時場所をGPSというかGNSSで測ってるんで、近くの動きとかがわかるっていうのが各地にあります。
かおり
へー。
よしやす
はい、あとですね、
なりちゅらるさんは静岡県の民谷歴史館と静岡市東海道広茂美術館に訪問してきましたと。
おー。
広茂美術館では大河ドラマに乗っかった流行の仕掛け人、
蔦谷十三郎と刃元の仕事の企画展が開催ということで、
東海道五十三次のみならず、他の小冊子や宇多村や奢楽の版画も見ることができましたということで、
版画の仕組みというかやり方だと、絵師が描いた下書きは、
彫り師が板に貼り付けて彫っちゃうんで、単色のやつは残らないんだよね。
もちろん最初の見本のやつはあって、それを描く色に落としていくんであれですけど、
ということで、絵師直筆の原画が残りにくいというのを学んだというお話をしていました。
はい。あとですね、猫乃太さん、福井県に子どもたちと行ってきました。
年子博物館に行きたかったのだけれども、一緒に行った孫たちが小学校2年生と年少さんだったので、
恐竜博物館に行ってきましたと。
はい。
すごいね、いいなと思うのは、2年前にも一度窓たちと来ているんですが、
展示内容はあまり変わってないかもしれませんが、
その頃ベビーカーに乗って回った下の子が、一人で興味を持って見て歩くようになっており、
こちら側の変化に気づかされましたということで、恐竜っていうね、数億年前の化石を見つつ、
自分の家族の成長を感じるっていうのがちょっと面白いなと思いました。
はい。
えーと、理科系の仏像さん、お出かけしましたのコーナーは、
7月の3連休に秋田県と山形県の県境にある長海山、2236mに登ってきました。
ということで、設計が残っていて若干涼しいのですが、東北の山でも非常に暑かったですというふうにいただきました。
今年はなんかね、暖気が入ってくることが多くて、山のほうでも結構暖かいというか暑いことが多かったんじゃないかと思います。
たまこぱんさんは名古屋の東山道植物園に行ってきました。
コモドオオトカゲを見ましたということで写真も撮っていただきました。
かおり
はい。
よしやす
ラジオネーム、これNOVさんなのかNOVさんなのかは、京都に巡回していた和食店に行きましたと。
また7月には年古博物館に行ってきました。
こっちも年古博物館ですね。
かおり
はい。
よしやす
はい。
でですね、パックスケとの父さんはいつものとおりたくさん回っているようで、
松本市教育文化センター、これオフ会やったとこね。
かおり
はい。
よしやす
次が長野県立博物館の企画展、市民が繋いできた太陽観測。
あとは上越市水族博物館、海がたい、上越市にもあるんですね。
あの、イルカのショーをやってるらしいです。
かおり
へー。
よしやす
で、八ヶ岳総合博物館、あずみの千尋美術館、松本市の、これは滋賀化石館かな、とかに行きましたということで、写真もたくさん送っていただきました。ありがとうございます。
ありがとうございます。
サイクルマンさんは大垣城、角又市谷城、岐阜城、清洲城と豊田産業技術記念館に行きました。
豊田産業技術記念館は見ごたえがありますというふうに送っていただきました。ありがとうございます。
私も、いつだ、去年ぐらいに美濃地方のお城を回るっていうのをやりました。
かおり
へー。
よしやす
大垣城は行った、岐阜城も行った。
あと、犬山城に行って、自分はあれだけどね、あと、関ヶ原の合戦場に行ったのかな。
かおり
おー。
よしやす
で、別のタイミングで、清洲城と豊田産業技術記念館に行ったことがあります。
はい。
かおり
お城好き?
よしやす
うーんと、以前に一回言われると好きになったかな。
かおり
おー。
よしやす
はい。ということで、質問以外のメールの紹介をしました。
本編では質問に注目して、いくつかのメールを紹介しようと思います。
では、本編に行ってみようと思います。
かおり
ということで、後半1通目のメールの紹介をお願いします。
はい。
全固体電池の特徴
かおり
ヤマクジラ2号さんからいただきました。
最近、モバイルバッテリーの発火事故が増えていますね。
電池に液体を使っていることが大きな原因のようですね。
次世代の電池としては、液体を使用しない全個体電池が開発されているようです。
まだ開発途中なので不明なことが多いと思いますが、
安全性は担保できたとして、電池としての性能はどうなんでしょうか?といただきました。
よしやす
ありがとうございます。
かおり
ありがとうございます。
よしやす
今、市場に出回っているモバイルバッテリーとかね、あとハンディファンとかね、
ああいうやつに入っているリチウムイオン電池は、
ほとんどのものが正極・負極、プラス極とマイナス極と電解液っていうのが入ってるんですよ。
電解液は液体なんですが、ちょっとドロッとしたやつなんですけどね、ペースト状なんですけど、
液体だから燃えるわけではなくて、それが燃えやすいというか炭素が入っていて、
火をつけるとある程度蒸発して燃えるっていうのがあるんで危ないと。
燃え始めるとね、ずっと燃えているのがありまして、
初期の頃からリチウムイオン電池はいくつかのリスクがあるのを、
いろんな工夫で火事にならないようにしてきた。
例えば過電流が流れるみたいな、たくさん電気を取ってしまうと加熱することがあるっていうのを、
ちっちゃい基板が入っていて、すごい電流が流れたらそれをオフするみたいなやつが基板が入っていたりします。
保護回路っていうのはね。
コストダウンしたやつはその保護回路なしの電池を使っているようなやつは、
プラスとマイナスをショートすると燃えやすいというか、加熱しやすいとかがあったりとか。
あと、初期の頃のリチウムイオン電池だといくつかの試験があって、
例えば釘刺し試験みたいな、横から釘を打ち込むみたいな。
つまり、中にぶつかって割れちゃったときでも、自己発火しないような工夫をするとかっていうのをやっていたはずなんですが、
さっきプラス極とマイナス極と電解液っていう話をしたじゃないですか。
筒型のやつはプラス極とマイナス極と電解液っていうサンドイッチになってるやつをくるくるくるくるって巻いてあって、
で、円筒形になってるのね。
プラスとマイナスがショートするとダメよって話をしたけれども、作り方というか作ってる途中で、
例えばちっちゃいゴミとかが入って、それが正極と負極、プラス極とマイナス極の間にショートさせたりすると、そこから火が出たりするとかっていうのもありまして、
なかなか作るのが難しいし、クリーンルームとかで作るとかっていうのをやってたり、
あとはプラス極とマイナス極の金属の表面に凸凹がないようなしっかりした加工をするとかっていう工夫とか、
あとは特性が悪くなったときでも爆発しないとか火が出ないような工夫をするとかっていうのがされていますが、
それでも燃えてしまうっていう事故が絶えません。
で、全固体電池っていうのはどういうことかっていうと、その名の通りというか、
電池の中に電解液っていう液体が入っていないというのが特徴です。
で、燃えるっていう話を以前したことがあるんですけど、燃えるってどういうことだかわかりますかね。
かおり
酸素と激しく結びついて、ブワッってなること。
よしやす
ブワッって何だ。
かおり
ブワッ。
よしやす
連続して酸化が急激に進むっていうのを継続するんだよね。
そのためには燃えるものっていうのは多くのものが熱を加えると、
酸素と結びつきやすい物質が気体になって出てくるんですよ。
だからもう1回高温で酸素と一緒になって、また結びついて、また熱を出してっていうのは繰り返されるわけね。
ロウソクは芯のところに炎がくっついていて、その炎でロウが溶けて芯を登ってきて、芯からロウの気体として蒸発して、
それが空気中の酸素と結びついてっていうのが繰り返してあるから、炎っていうのが継続されるわけ。
で、さっき言ったリチウムイオン電池の電解質、電解液っていうのが、
温めても燃える性質のものが蒸発しなければ燃えにくいよね、とかっていうのがあるんですが、
全固体電池はそもそも電解液に当たる部分が固体なので、蒸発したりとかしにくいし、燃えにくい材料になっているっていうので、
発火して燃え広がるとか爆発するっていうのがないというのが、1つ安全性として期待されています。
そうすると、やっぱり容量とかが小さいとか、デメリットがあるんじゃないのって思うかもしれませんけれども、
理論上は実は、重さあたりの溜められる電力量とかは、今のリチウムイオン電池と同等またそれ以上が期待されています。
なので、性能はうまくいけば上がるんじゃないかっていうのと、
実験室で作っているものでもリチウムイオン電池に匹敵するような性能のものが作れていますが、
まだ大量生産ができないっていう状況と、コストもまだまだ高いんじゃないかな、そうなんですよ。
ということで、全固体電池は整理すると、リチウムイオン電池よりも大容量、高出力の電池が理屈上は可能になるので期待されています。
もう一つが、電解質が個体になっているので安全性が高いというので、これからの電気自動車などへの利用っていうのが期待されているんですが、
まだコストの面と耐久性、何回も重放電するじゃないですか、それで特性が落ちないかどうかっていうところとかをやっていると、なかなか難しかったり、
液体電流の時にある程度以上電流を取り始めると効率が悪くなったりとかね、そういうようなことがあって研究途中ですという感じで、
いい言葉づくめなんですよ。液体じゃないから温度特性も良かったりとか、今のところまだですけど寿命が長いっていう期待もあるということで、
全固体電池は流行るかもしれないのでちょっとウォッチしてた方がいいんじゃないかなと思います。
ということで早く実現できるといいですね。メールありがとうございました。
かおり
ありがとうございました。では次のメールです。
ペルチェ効果の原理
かおり
アマリサさんから頂きました。
ペルチェ素子という電気を流すと冷却してくれる素材がありますが、どういう原理で冷却、給熱、熱移動をするのでしょうか。
通常の素材は電気を流すと発熱するのに冷却的な熱移動をするということは量子論的な原理なんでしょうか。
またこの素材はもっと大きく発展する余地があるのでしょうか。
基本原理は難しいかもしれませんがよろしくお願いします。と頂きました。
よしやす
ありがとうございます。
かおり
ありがとうございます。
よしやす
聞いたことあります?ペルチェ素子って。
かおり
いいえ、ベローチェとかさ。どのくらいなの知ってるけどね。
よしやす
ベローチェ黒猫のやつでしょ。
かおり
そうそうそうそう。
よしやす
なんか時々あのいろいろ黒猫グッズとかいっぱい出てるけど、近寄ってはいけない危険地域よね。
ゼーベック効果っていうのとペルチェ効果っていうのがあります。
かおり
はい。
よしやす
はい。
これは私学校で習いましたけど、ゼーベックさんが見つけたのとペルチェさんが見つけたんですけど、ゼーベック効果っていうのは。
かおり
ペルチェさん?
よしやす
ペルチェさん。
かおり
ペルチェさんはどこの方?
よしやす
ペルチェさんはどこの方だろう。
ちょっと待ってね。ペルチェさんはどこの方だろう。
1834年、ジャン・シャルル・ペルティエによって発見されたフランスの方ですね。
かおり
フランスですか。
よしやす
はい。ペルチェさんはね。ペルティエさんですね。フランス語だと違うかな。あ、そうペルティエさんって言ったんだね。
ゼーベックさんはトーマス・ゼーベックさんでロシアの人らしいです。現在のエストニアかなという感じですね。
ゼーベック効果とペルチェ効果の解説
よしやす
1821年、ゼーベックさんは2つの異なる金属を使った回路で、金属同士の2か所の接点に温度差を設けると、気電力、電力が発生するというのが発見したのがゼーベックさんで、ゼーベック効果と言います。いいですか?
かおり
はい。
よしやす
2つの違った金属をくっつけて、それを接触点、AとBの接触点のこっち側と反対側のBとAの接触点の温度を変えると、電圧が生じるっていうのがゼーベック効果ってやつです。
かおり
はい。
よしやす
なので発電するにはちょっと弱いんですけれども、高温になるものの温度計とかに使われてたりします。
一方でペルチェ素子はペルチェ効果っていうのを使っていまして、ゼーベック効果が熱を加えると、というか熱の差が電流というか発電につながるというのに対して、ペルチェ効果はその逆で、2つの違った金属の間に電気というか電流を流すと、
その金属と金属の接触点で、AからBに行くときとBからAに行くときで、片方では放熱、もう片方では給熱っていうのを起こすっていう効果です。いいですか。
かおり
うーん。
よしやす
話は。
かおり
はい。
よしやす
で、つまりAという金属とBという金属を順番に並べて、AからBに行くところとBからAに行くところを表裏表裏に貼り付けるようにギザギザに配置すると、ここに電流を流すとAからBのところは冷えて、BからAのところは温まってっていう結果的に熱を片方からは吸って片方には出すっていうことが起きるっていうのがペルチェ効果です。
これをやるのがペルチェ素子っていうやつですね。
で、ってことはABABってなってるってことは、電流を逆にすると給熱と放熱っていうのが逆になるのかっていう疑問を得た方がいらっしゃるかもしれませんが、逆になります。
ということで、電流を流すと接触点Aでは給熱、接触点Bでは放熱というのが起こるのがペルチェ効果なんですね。
でね、電流を流すと普通は温まるのにっていう話をされましたけれども、この給熱と放熱を足し算すると結局は温かくなるほうにいってるんですよ。
かおり
あー、放熱違う。放熱のほうがエネルギーとしては多いわけね。
よしやす
そうですそうです。だからエネルギーを吸い取っちゃうわけではなくて、Aっていう地点で熱的には吸い込むけど、Bっていう地点では熱をもっと出しちゃうってことになっています。
で、これをうまく使うと板の片面が暖かくなって、片面が冷たくなるっていうことが起きて、熱を送るっていうことができるんですよね。
で、今まではCPUのクーラー、パソコンの中のCPUクーラーとかね、あとはコンプレッサーを使わないちっちゃい冷蔵庫とかにも使われてたりします。
そうなんですよ。冷蔵庫もね、庫内を冷たくして外を暖かくするっていうことで、いわゆる熱を運び出すということで中身を冷やすんですけど、ここにペルチェ素子を使ったものっていうのもあったりします。
で、ここまではいいかな?
かおり
はい、たぶん、きっと、もしかしたら、なんとか。
よしやす
そう。なので、電流を流すと片面が発熱して片面が吸熱するっていうペルチェ素子がありまして、
最近はね、このネッククーラーとかにも使われてたりとか、首を冷やすやつね、とかに使われていたりとか、
そのネッククーラーに使っているものは電流を逆にするとあったかくなるわけですから、冬は回路として使うとかっていうのができます。
ただ、さっきも言ったとおり、熱を吸い取るけどそれ以上の熱が反対側から出ちゃうわけですよ。
そうすると、冷やすのに使うには反対側を上手に放熱するっていうのをやらないとうまくいかなくなります。
なので、パソコンの中のCPUクーラーには、あったかい側には放熱フィン、けんざんみたいなやつね、放熱器がくっついているし、
ちっちゃい冷蔵庫も外気でペルチェ素子の熱くなったのにも冷やすような仕組みが入っている。
ネッククーラーとかに使うときにも、ペルチェ素子のあったかくなった側を冷やすようなこと、冷やすというか外気でね、ちゃんと冷やすようなことをしてそれを外に抜いてあげないと、結局は冷えなくなっちゃうってことが起きますので気をつけてください。
で、なんで冷えてなんであったまるかっていうのは、良心的効果というよりは電子の移動とエネルギーの移動っていうので説明はできるんですけど、
ちょっと図を使わないと大変なので、ちょっと今回は割愛させてください。ペルチェ効果、ゼーベック効果で調べてみてください。
で、これを使った冷房機とか、冷え冷えになるやつとかも結構あって、なんかね、良い製品だと結構快適だっていうのも聞きますけど、なんかね、冷たいだけのやつもあるらしくて気をつけてくださいね。
かおり
ちょうどいいっていうのが難しいじゃないですか。ああいう温めたり冷やしたりするやつって。
よしやす
ちょうどいいね。
なので、もし使うんだったら良さげなやつを選んでみてください。
かおり
はい、ということでありがとうございました。
ありがとうございました。
水の蒸発と沸騰のメカニズム
かおり
では次のメールです。
サイクルマンさんから頂きました。
水の沸点、大気圧では約100℃、でも海水は100℃になりません。
でも蒸発し、湿度が高くなり蒸し暑くなります。
ホップの水を放置すると、時間の経過とともに蒸発してなくなります。
なぜ沸騰しないのに蒸発するのでしょうか。
メカニズムを教えてください。
と頂きました。
よしやす
ありがとうございます。
はい、ありがとうございます。
あの、液体の表面ではある程度の温度があれば、というか液体だったら必ずある程度の温度があるわけね。
だと液体の表面で原子または分子が熱運動しているので、時たま液体を離れて、空気中というか、気体中に飛び出していっちゃいます。
で、これを繰り返すと、コップの中の水がなくなると、または干した服が乾くということになっています。
なので、そもそも液体と気体の間にはそういう分子のやり取りがあって、実は空気中の水蒸気とか水分子が水に当たって水の中に戻るっていうことも多少ではあるけど発生はしています。
その収支の問題で水が減っていくというか、気化するということが起きます。
で、常温ですと、というか水が液体でいられる温度ぐらいだと、放っておくと気化する側ね、液体から気体になる方が多いんで、ほとんどの場合にはコップの水がなくなる、あとは服は乾くという風になっているので、乾くのが当たり前になっています。
一方で、空気中に飛んでいる水分子っていうのがたくさんになりすぎると、気体として存在しなくなって、水分子としてくっついて液体になっちゃうということが発生している。これ、結露と言います。
温度が低くなったり、湿度が高くなりすぎると、空気の中から水蒸気だったものが水として出てきてしまうということがあります。
そんなことが0度から100度の間では、湿度と温度の関係とかで起きてくるというのが日常に起こっているんですね。
一方で沸騰するというのは、100度になると水の分子はつながっていられなくなるんで、さっき言った表面から空気中に分子が飛び出すだけではなくて、水の中も100度になったら液体から気体に変わって飛び出すっていうのがたくさん行われるので、お湯の中からブクブクと泡が出るっていうのはそういうことですよね。
で、その水の分子が液体から気体にポンって変わる、飛び出した時にエネルギーが使われるんで、100度になるとそれ以上温度が上がらなくて、液体の水分子が気体の水分子になるっていうところにエネルギーが使われて、100度を保つっていう風になっています。
100度を超えたらどんどんどんどんね、気体になっていくんで、という感じですね。
一方で、気体と液体を触れさせないでおいて、なおかつ常温であれば積極的な蒸発は行われません。
密閉したね、水を密閉した入れ物の中に入れておくと、水分子が気体側になったり気体から液体になったりっていうのが行われますけれども、そこで安定して止まってしまって蒸発は起こりません。
なんですけど、開けた途端、容器の中の湿度、つまり水分子が外に出ていって、液体の表面から出ていく水分子が増えて、つまり蒸発して水がなくなるっていうことに繋がりますということが起こっています。
何か、科学の時間に気体の分圧っていうのはやりませんでした?
かおり
ほんのちょっとだけど90度はなってなくても、ウリャーって飛び出すのがいたりとか、もしくはウリャーって返ってくるのがいたりとか。
よしやす
それはね、水分子だと蒸発ってなりますけれども、水の中に溶けやすい気体とかでも液体表面から二酸化炭素が水の中に溶け込んだり、液体表面から二酸化炭素が出たりとかっていうのがあったりします。
それがどれくらい気体の中に含まれているかみたいなところで確率論として決まってくると、あと温度で決まってくるという風になっていて、放っておいても水が蒸発するのは不思議なことではなくて、一方で沸騰するというのは特別なことで、水の中のというかお湯ね、日本語で言うと、お湯の中のどこでも水分子が液体から気体になろうとするというのが沸騰しているという状況です。
なんとなく違いがわかったかな。ということで、なぜ沸騰しないように蒸発するのでしょうか。逆で、普段から蒸発していて、沸騰っていうのは液体と気体の界面じゃないところでも気化するというのが沸騰です。
ということでメールありがとうございました。
かおり
ありがとうございました。
津波と地震の関連
かおり
では次のメールです。
キジウォッチャーさんからいただきました。
カムチャツカ半島付近の地震と津波警報には驚きましたね。
一方、6月下旬から7月の徳原列島付近の地震の際は、地震発生後間もなく津波の心配はありませんとの情報が流れていました。
地震後に津波の心配がある場合とない場合の違いはどこで判断されているのでしょうか。
海底が上下に動いた量が大きいかどうかとかですかね。
といただきました。
よしやす
ありがとうございます。
かおり
ありがとうございます。
その後、噴火のオンパレードにもなって、ちょっとした地球の息吹を感じられる地震になったかと思うんですけど。
よしやす
どこまで連携してるかわかんないですけどね。
少なくともカムチャツカのエリアでは、地震と噴火がやや多めな状況にあるようです。
地震が起きて、地震はね、地震系とかを組み合わせることで、どこどこでどのくらいの大きさの地震が起きたよっていうのがわかります。
かおり
わかります。
よしやす
で、津波が起きるときは、海底の地形が変わらないと津波は起きないんだよね。
かおり
津波は海底の地形。
よしやす
そうすると、例えば、地面が揺れるというか、そもそも水が揺れることによって波立つじゃないですか。
かおり
あれとは全然違うってことね。
よしやす
そう。海岸の地面を地震でゆらゆらゆらゆらさせたぐらいでは、津波にはならないんです。
かおり
よく海面変動が見られる可能性がありますって、よくニュースで言いますよね。その津波がなかったとしても。
よしやす
それは小さい津波が来てるってことです。
かおり
あ、そうなの。でも、よく津波の心配はありません。
よしやす
ただ、若干の海面変動が起く可能性があるから、海にいるときは注意してねっていうようなニュースが流れるかなと。
前後にゆらゆらゆらしたようなタイプの波っていうのは津波ではないんですよ。
津波っていうのは、ある程度の塊って言ったら変ですけど、水の塊が海から陸へやってくる。
で、その前触れとして引き波もあったりするんですけど、っていうのが津波の一つポイントで、
それが小さいと海面変動、ちょっと大きいと津波、すごく大きいと大津波で注意報になったり警報になったりするっていうふうになっています。
かおり
なので海岸線ぐらいで起きたような地震では津波の注意報は出ません。
よく震源地が海底になることもあれば海底じゃないときもあるけど、
豊田のこっちは海岸線で地震があっても海の中ではないとすると、津波は起きないわけ?
よしやす
そうですね。海岸線ぐらいだとほぼ起きないと思います。
ただ海岸線でも大きい陥没が急激に起こって、海水が学校のプール何十杯分とかいっぺんに流れ込んだりすると、それが津波の元になったりします。
なんですが津波は基本的に海底で地形の変化が急激に起こったっていうのが水に伝わって、水の塊としてやってくるっていうのが津波なんですね。
なのでまず津波の注意報とか警報が出るためには海底で地震が起きなければいけません。
または海底地下深くであっても断層が起きて生成されて、それが海底に伝わってこないといけません。
マグニチュードいくつですよっていうのが出るじゃないですか。各地の地震系で。
そうするとマグニチュードいくつってことは海底でどれくらいの地面が動いたかっていう推定につながって、この前の鴨茶塚半島での地震、鴨茶塚半島沖での地震か、では最初マグニチュードがいくつだっけ、8.1だったのが修正されて8.6になったとかそういう修正があったんですよ。
それが修正になったんで、もしかしたら津波がでかいかもしれないって言って注意報だったのが急に警報になったりしたんです。
かおり
そうなの?
よしやす
そうです。
かおり
これが注意報から警報になったのは、計算がより正確なものが出たからってわけではないの?
津波と地震の影響
よしやす
マグニチュードがでかくなったっていうのが一番大きい影響だと思います。
かおり
なるほど。
マグニチュード、計算式があるかどうかともかく、来る可能性確率的なものは当然震源地のマグニチュードとか必要だものね、情報としては。
よしやす
そうです。だから、地震の大きさと海底かどうかっていう話と、海底に断層が現れたかどうかっていう推定とかの組み合わせで、どのくらいの大きさの津波の元があったかっていうのが計算されて、
それが伝わってくるとしたら、マックスどのくらいの高さになるだろうっていうのを一生懸命計算して、1メートルよりも大きかったら警報を出そうと。
計算値のいろんなばらつきの中でも可能性があったら。
で、1メートル未満だったら注意報を出そうと。
で、海面変動ぐらいだったら注意してくださいっていうのを出そうっていうふうになってると思ってください。
で、カムチャツカですごく大きい地震が起きたわけじゃないですか。
そうすると、そこで作られた津波の元っていうのは、太平洋にどーんと広がって、ところどころで実は陸で反射したりね、あと海底火山で反射したりもするんですよ。
で、日本には直接波が伝わってくるものと、太平洋の地下というか、地下って言わないね、海底には山脈みたいのがあるんです。
天皇海山群っていうので、天皇の海の山の群、天皇海山群ね、っていうのがあって、ハワイからカムチャツカに向けて伸びている山脈みたいのがあるんですよ。
かおり
へー。
よしやす
そう。天皇海山群って言うんですけど、カムチャツカとかで大きい津波の元が発生すると、直接ね、日本に水の塊が伝わってくるのと並行して、その塊はだんだん広がっていって、この天皇海山群っていう海底の山に反射して、そいつの反射が日本にやってきたりもするわけ。
そうすると、直接来るタイミングよりも遅れて波がやってくるんで、またこれを足したときに弱め合うかもしれないし強め合うかもしれないじゃないですか。
うんうんうん。
っていうのがあって、なかなかね、津波注意報がなくならないのはそういうことなんですよ。
だって、直接来るやつだけだったら、通り過ぎたらさようならってなるじゃないですか。
うん。
そうなんですけど、どっかの陸地に反射してとか、こういった海底火山に反射して波がやってきて、それが足されたり、また打ち消しあったりして、ところどころで強かったり、ところどころで弱くなったりするっていうのがあって、
震源から離れれば離れるほど、一般的には津波の大きさは小さくなりますけれども、こういった海底火山で、海底の山脈での反射、あとはいくつかのところで、波が曲がったものは集中して、大きい波になったり、あとは河口から陸地に行くに従って、川が急に狭くなるとかっていうので、波の高さが上がったりとかっていうのがあります。
かおり
結構、川を遡る津波みたいなのも映像としてありますよね。
よしやす
そう。だからあれはゆらゆらした波じゃなくて、塊がやってきたから遡るんだよね。
かおり
エネルギーが違うってこと?
よしやす
エネルギーっていうか、水の塊が向こうからゴロゴロゴロってきたから、ゆらゆらしたわけじゃない。ゆらゆらしたやつだったら、すぐに行って帰って行って帰ってってするわけじゃないですか。
なんだけど、塊がゴロゴロ転がってきたんで、川を遡上したりするわけ。
今回はカムチャツカですけど、チリの地震で岩手県の海岸で津波被害があったりもしたことがあって。
かおり
チリ?
よしやす
そう、太平洋渡ってきたんですよ。
岩手県。どんだけかけて地震がやってくる、違うな、津波がやってくるんですか?
前回お話ししましたけど、飛行機と同じかそれよりも早いぐらいのスピードで。
かおり
結構早いのね。
よしやす
そう、推進が深いとあるんで、1日かからないで太平洋渡ってやってくるんだろうな。
ちょっと調べていい?
岩手県チリ地震津波。1960年、昭和35年、チリ地震津波っていうのがあります。
1960年の5月、チリ地震の津波は突如として日本の太平洋が襲い、北海道三陸など中心に死者を行方不明者139人。
中でも岩手県沿岸では津波の波高が高く、いくつかの湾において5メートル以上の大津波となり、最大の被災地となったということなんですよ。
なのでチリで起こった地震が伝わってきて、5月23日の4時15分、地震発生でほぼ1日経って津波が到達かな、という感じです。
その頃は昭和35年だと国際的なネットワークがないので、チリで地震があって、それの大きさがどれくらいだっていうのを推定する話と、それがどこまで伝わるかっていう話がリアルタイムで共有されてないんで、こういう被害が起きてしまった。
だから今ハワイとかに観測点があって、インドネシアで起こったような大きい地震があると、ハワイで今津波が通り過ぎたよみたいなのが連絡されたりとか、そういうのができたりするんで、遠くで起きた地震であっても津波が来るかもしれませんよっていう予報ができるようになったのは、技術の進歩なわけです。
相対性理論の影響
かおり
日本で地震があったとしても、この間の東日本大震災のときの津波っていうのは海外の方にも当然行ってるわけですか?
アメリカ西海岸とかには行ってるんじゃないですか。多分潮位の変化があるので気をつけてくださいっていう感じだと思いますけど。
実害をもたらすほどではなかったけど、実際行ってるわけね。
昔は地震があったことの連絡ぐらいはさすがにあったのかな。
よしやす
わからん。
かおり
でもほとんど海外の地震とかだと、はっきりとした情報が入ってこなかったか、
最近はネットワークができて、どこどこの国で、どこどこら辺で、どういう地震があったかっていう情報が来るから、
その先津波が来る、自分の領土に津波が来るか来ないかは、自分の国での計算ってことね。
要するに国があなたのところには何時に到達しますよって連絡来るわけではない。
よしやす
あとね、以前は人がいないところで地震が起こってもなかなか感知されなかったわけ。
かおり
被害がないからね。
よしやす
被害もないし、地震系もないから。
かおり
あ、そっか。
よしやす
だからカムチャ津波のところとかは、以前だったら全然わからないわけですよ、地震系とかがなければ。
で、カムチャ津波の人が地震にあったっていう連絡がどこかに通じて、それが報道されなければわからないわけでしょ。
なんですけど、今は地震系があったり、遠くで起きた地震が感知できるような、とても高精度の地震系がありまして、
そんなのでわかるようになったりするんですよね。
ちなみに今調べたら、2011年の3月には、アメリカ西海岸と中南米に11日、日本の東日本巨大地震による津波が到達しましたと。
カリフォルニア州北部にあるクレセント市郊外では、海岸にいた複数の人が津波によると思われる高波にさらわれ、一人死亡という感じで、お一人亡くなっているようです。
かおり
結構海外の方にも影響はあった。
そう。
あと、行った先での津波に対する避難とかそこら辺は、その国次第になっちゃうのか。
よしやす
そうですね。なので、今や地震の観測網が国際的になって、連絡とか推定の技術も上がっているので、
以前だったら地震系がないような、人が住んでいないようなところで大きい地震があっても、津波の予報ができるようになりましたということです。
はい。
ということで、メールありがとうございました。
かおり
ありがとうございました。
では次のメールです。
ビーグルタローさんからいただきました、映画のインターステラーを見ました。
映画の中で重力が強い場所では地球に比べて時間が遅くなるとのことです。
地球の人工衛星と地上の間でも重力による相対的な時間差があるとのことですが、なぜそんなことが起きるのかイメージしにくいですといただきました。
ありがとうございます。
ありがとうございます。
よしやす
イメージしにくいです。
重力があるところは時空がゆがんでいるので、時間の進み方が違います。
かおり
え、じゃあ地球も時空がゆがんでるの?
よしやす
ゆがんでます。だから光も地球のそばで曲がるし、人々は引きつけられているわけですよ。
ちなみにですけど、じゃあ宇宙船がね、行って帰ってきたりしたら、重力が少ないところで暮らしているわけでしょ、宇宙船は。
そいつは時間の進み方が違ったのかっていうと、早草Ⅱっていうのがありまして、早草Ⅱは行って帰ってきた6年間で、早草Ⅱのほうが地上よりも0.4554秒、時計が進んでいたそうです。
地上では重力があるんで、時計とか時間の進み方が遅かったっていうのが測られています。
で、アインシュタインの相対性理論というやつで、AさんとBさんがそれぞれ動いていると、相手の時間が経つのが短く、遅く見えるっていうのが一つ。
もう一つが、重力がある、また加速度があるところでは、加速度がない環境にかけて時間が遅く進むっていうのがあります。いいですか。
で、GPSっていう衛星には、とても正確な原子時計が載っていて、そこから出る電波で人々は今の位置がわかるってなってるんですけど、
とっても正確な分、今言った一般相対性理論とか特殊相対性理論で起こる時間のずれっていうのが無視できなくなって、
そこの無視できない分を加味して原子時計が作られています。
それを加味したものになってるよっていうような仕様になっていて、一般相対性理論や特殊相対性理論っていうのは、光の速度に近づくと見かけの長さが伸び縮みするとか、
時間の進みが早くなる遅くなるとか、そういったこと、また時空が歪むっていうのが普段の生活にあまり関係ないって思っているかもしれませんけれども、
常にハヤブサ2では時計が0.5秒ぐらいずれて、GPS衛星では常に時間の経過が人工衛星と地上で違っている分を補正した数字で計算するっていうのをやっているっていう状況です。
で、難しいのは、なぜそんなことが起きるのか、イメージしにくいですっていう話があって、
イメージしにくいです。でも起きちゃうんです。で、なぜそんなことが起こるかっていうと、時空が歪んでいるので光が曲がってしまうということは、光の速度が一定だとすると時空が曲がっているというふうに考えて、
時空が曲がっていると時間の経つのが遅いって考えないと矛盾が起きるから時間が経つのが遅くなってるんです。
みたいな説明になっちゃうんですけど、もう少しうまい説明を思いついたら、一般相対性理論の話をしようと思いますが、たまたまですけどNHKで3ヶ月で学ぶアインシュタインっていう番組をやっているので、見るといいかもしれません。
他にも一般相対性論の参考書とかあるので、読むとわかるかもしれないですが、最初に特殊相対性理論があってその後一般相対性理論になるっていうのがポイントで、一般のほうが早いわけじゃないんですよ。
そもそもアインシュタインは光の速度っていうのが観測者がどんな動きをしていても光は一定の速度に観測できるっていう事実から、だとすると例えば電車が動いているのと地上にいるみたいな片方がもう片方に比べて運動している時にそれぞれで光の速度を測るっていうようになった時に、
新幹線の中で走っている光は地上から見ると光の速さに見えるはずだからっていうのと、新幹線の中で同じ光を観測している人にとっては光のスピードは自分にとって光のスピード高速に感じられるからっていうのから相手が短くなっているっていうにしないと計算が合わないっていう風にして実際にそうなっているって事がわかってるっていうのが特殊相対性理論ね。
一般相対性理論は等速直線運動じゃない、つまり加速したり減速したり重力がかかっていて常に加速しているような、つまり重力加速度で加速しているのと同じ状態を考えた時に時空が歪んでいるっていう概念を用いていろんな物理現象が加速してない時と比べて変わっていくっていうのを数学の話で理論を作って、
そんなの起こるわけないじゃんって思ったのが実際に起こったっていうので一般相対性理論も正しく世の中を記述できているっていう話になっているというのが相対性理論のお話でございます。
はい。
メール紹介と締め
よしやす
はい。
ということで、今日はメールの後半をお話ししてきました。
メールの紹介は以上になります。
いつもメールありがとうございます。
かおり
ありがとうございます。
よしやす
メールの宛先はrica at mark 0438.jp rika at mark 数字で0438.jpです。
その他のお知らせは今日は割愛してですね、前回評価基点のチケットが当たったよというふうに選ばれた方、当選した方は送り先をメールでお送りください。
はい。
最初に送ったメールアドレスをご自身のメールアドレスでね。
同じ人かどうかちゃんと見分けなきゃいけないんで。
かおり
はい。
よしやす
ラジオネームはバレちゃってますから。
かおり
確かに。
よしやす
送ってください。何人かまとめて郵送で送付します。
はい。
お一人連絡来てるので、あと4人連絡お待ちしております。よろしくお願いします。
ということで、そんないりかの時間第628回、お送りいたしましたのは、よしやすと。
かおり
かおりでした。
よしやす
それでは皆さん、次回の配信でまたお会いしましょう。さようなら。
かおり
ごきげんよう。
