ゴムの実験の追記

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以前、びよよ~ん!ゴムの実験のところで、

http://tsukuba-ibk.com/omosiro/2008/07/post-22.html

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②ゴムを伸ばしたりちぢめたりすると、温度は変わるでしょうか?

5cmほどにカットしたペンシルバルーンを伸ばしたり、縮めたりしながら、
鼻の下で温度を感じてみます。

答えは!
伸ばすと熱く感じ、縮めると冷たく感じるです。

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というコメントをかいていました。

これは、下記のサイトの「ゴムの弾性」の説明を使って、書いています。

http://scienceportal.jst.go.jp/contents/guide/rikatan/0809/080901.html

上記の記事と、解説が、すこし「わからない」というコメントを、

他のところでいただいたので、

もう少し、解説してみますね。

問題は、★ゴムを伸ばすと、熱くなるのはどうしてか★ということです。

  表示 クリックしてください。(50%くらいにしてみてね)

一つのゴム分子は、普通の状態では、水色の部分を動いている。

・のばすと → 運動できる範囲が小さくなる。

   これは、気体に圧力をかけたのと同じ状態である。

   気体に圧力をかけると下の図のように、壁に当たる回数が増えるので

   外に熱を与える。

→温度が上がる。

 

ということで、ゴムはのばすと、温度が上がる。ということです。

コメント(4)

久保先生
  ゴムは伸ばされた状態のほうが「分子の炭素と炭素の鎖の方向はより規則的になって結合エネルギー的には安定」ということが先生のおっしゃっていることの中に暗黙に含まれていると思います。
  そうなると水と氷を比べるとき、氷のほうが結合エネルギー的に安定。しかし、水のほうが自由に運動している。だから温度が高くなると水になる。
  ゴムでは引っ張るとエネルギーの低い状態(自由エネルギーではなくてエンタルピーですが)になるので、その差分のエネルギーが発熱する。一方、縮めるとエネルギーのより高い状態にならなくてはなりませんので周囲からそのエネルギーを吸ってしまうので、温度が下がる。
  氷から水になるときには吸熱するために熱を外から与えねばならず、水が氷になるときには逆に発熱するので冷やさなければならない、ということととまったく同じになると思います。
  ただし、水は引っ張っても氷にはなれない、というところがゴムのユニークなところなのでしょうね。

すみません。昨日のコメント考え足りず間違いでした。ゴムではどうも伸びていても縮んでいても殆どエネルギー(エンタルピー)の差は小さいようで、伸ばしたときに発熱するのはエントロピー減少(分子の曲がり具合が自由に動けなくなる)ということの寄与の方が大きいようです。
  したがって、縮めると大きなエントロピーを回復する(再び分子自由度の空間が広くなるーブログの図面の説明)ため、吸熱する。
  すると問題は分子がよりぶるぶると変形しやすい状態になる(エントロピーが大きくなる)時になぜ熱を吸わねばならないか、という問題です。これは熱力学の本では TΔS に相当する量です。
  これは結合エネルギーでは決して説明できない量なので、エネルギー論議はできず、「無秩序さが増すときには吸熱する」という一般則になってしまいそうです。このことは熱力学の本質部分ですね。
  私には現在これ以上の説明がうまく出来ないことが分かりました。お騒がせしてもうしわけありません。
  昨日のことは少なくても撤回です。 
  理科ネットを賑やかにして下さっていること面白く拝見しています。

きたざわ@ぶんきょうのそばどころさん。コメントありがとうございます。
このブログを始めたばかりで、コメントが来たことに、気づきませんでした。
そして、そのコメントが、きたざわ@ぶんきょうのそばどころさんからで、光栄です。
今回のいただいたコメントのお返事は、今晩させていただきます。
まずは、コメントのお礼までです。
それと、私は、Profileにも書いていますが、先生ではないので、子どもたちや、他の方にも、に、「KUBOさん!」と呼ばれています。
どうぞよろしくお願いいたします。(^_-)-☆

きたざわ@ぶんきょうのそばどころさん。コメントありがとうございます。

高分子材料に力を加えた場合、
F=-(dU/dL)+T(dS/dL)
で表わされる力が発生するということのようです。
上式の右辺第一項による弾性をエネルギー弾性、
第二項による弾性をエントロピー弾性と呼ぶそうです。
ゴムの弾性に関しては、エントロピー変化(上式の右辺第二項)で説明されているようです。
一方、樹脂の変形に関しては、内部エネルギーの変化で説明できるようです。

とは書きましたが、いろいろ勉強しながらのコメントなので、まだまだ不十分なところがあると思いますが、今後ともよろしくお願いいたします。

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