最初に問題を出したいと思う。

「水蒸気の温度は何度でしょうか?」

多くの人は、「100度」と答えることだろう。あえて、このような当たり前の質問をするということは、「実は答えが違っているのではないか?」と考える人も多いことと思う。ちょっと知識のある人であれば、「温度は関係がない。」と思われることと思う。そういった人からすると、この問題はナンセンスということになる。

さて、正解は厳密には温度で水の物性が変化するのでそうはいかないのであるが、「温度は関係がない」ということである。100度と答えた人は、水を沸騰させると水が水蒸気になっていくということなので、そのように答えたであろうが、雲は大気中の水蒸気が冷やされて発生することを考えたら、地球上の大気は100度というわけにはいかない。また、100度を超えても、さらに過熱をすればそれ以上の温度に上昇していく。このような100度を超えた蒸気のことを過熱蒸気と言う。

最近では、この過熱蒸気を使ったサウナが流行しつつある。過熱蒸気と言えども、サウナの中は40度前後に温度が保たれていて、一度過熱された蒸気がサウナ室の中に入ってきて温度が下がるという具合である。先日、私も過熱蒸気のサウナに入ったのであるが、通常のサウナと比べて、温度が低いためか呼吸が苦しくなったり、頭がボーッとしてきたりすることはあまりないが、体から汗が出る速度が通常のサウナと比べて圧倒的に早いことに驚いた。サウナから出ても汗が止まらず、夜も体がポカポカと温まっていることに気づき、さらに驚いた。また、次の日の朝に顔を洗ったときに、顔の肌がいつもとは違ってツルツルとしていたので、スキンケアを気にしている女性にとってもよいのではないかと考えた。

水蒸気の使い道としては、最近ではスチーム加熱ということで、オーブンレンジにも水蒸気が使われることがある。これも過熱水蒸気を吹き付けるのだと思うが、「水蒸気で鶏肉を焼く」ということは考えにくいことだと思う。殺菌力も出てくるらしく、食べ物を安全に殺菌するということで過熱蒸気を使っているところもあると聞く。

温度の高い水蒸気は、他にも産業用としては火力発電所でも使われるようになってきた。水蒸気の温度が高ければ高いほど水蒸気タービンの効率が高くなるためである。しかし、発電での過熱蒸気という名称ではなく、水蒸気の臨界点を超えた温度ということで「超臨界圧水蒸気」という用語などが使われることが多いと思う。


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雨が強い日の夜に車を運転すると、道路には対向車のヘッドライトの光が反射して、道路の線が見えにくくなって危ない。そこで速度を落として運転するのであるが、もしかしたら「あの人は車の運転に慣れていないのだろうか?」とバカにされているように思えることもあるが、事故を起こすよりはましだと思う。




高速道路は新日本科学を象徴する



昔の道路と比べて、最近の道路はとても水捌けがよいことに、みなさんも気づかれていることだろう。さて、海外で高速道路を走ったことのある人であれば、日本の高速道路はなんとも美しいと思えるし、海外から日本に来られた方もびっくりされることの一つとなっている。このように、日本の道路は車の走りやすさでは世界一の科学技術でもって作られているのではないかと思える。道路の性能が上がったからと言って、スピードを出すことはあまりよくないので、気を付けていただきたい。




ここで考え付くことと言えば、水捌けの良いアスファルトの開発は両極端の統合と言える。つまり、水捌けをよくすると道路の強度が下がり、大きなトラックなどが走ると道路が壊れてしまう。ところが、道路の強度を上げると、タールの量が多くなってアスファルトの目が詰まってしまって水捌けが悪くなってしまう。この両極端を統合することによって、世界最高峰の道路ができている。




科学が発展してきた経緯としては、このような両極端の統合によって行われてきているし、これからもこの両極端を統合していくことが、科学技術のみならずいろいろな分野でも大切になってくることが多い。例えば、「値段が安いがオシャレな服」とか「小型だが高性能」といった具合である。




これからも、科学のブログでもこの両極端を取り上げていくことと思うが、みなさんが発見した両極端を教えてくだされば幸いである。


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これからの自動車には、様々なモーターが使われている。自動車のドアに鍵を差して回転させると、「ガチャ」と音がしてオートドアロックでロックが解除され、自動車の中に入ることができるが、このオートドアロックの開閉にもモーターが使われている。厳密には、このモーターはリニアモータと言われるように、回転モーターではなくて、水平移動するモーターとなっている。他にも、雨の日に運転するときにフロントガラスに付いた雨水をワイパーが弾き飛ばしてくれるが、これもモーターが使われているし、ウォッシャー液をフロントガラスに吹き付けてくれるのもモーターが使われている。

さて、最近ではハイブリット自動車をはじめ、電気自動車が活躍してきている。このような自動車の駆動にはモーターが使われている。このモーターの研究もだいぶ前から行われており、モーターの効率とメンテナンス性からブラシレス直流モーターが使われている。略してブラシレスモータとも言われているが、回転子に永久磁石が搭載されていて、インバーターを使ってコイルに流れる電流を制御することによって、ブラシを使わなくても直流モーター特有の大きなトルクが得られるようになっている。

ブラシレスモータの回転子に使われている永久磁石にもたくさんの研究が行われていて、磁力の強さを高める研究、高温でも磁力を保つことができるようにする研究、回転子から出る磁力が正弦波に近くなるようにするための研究など、いろいろな研究が行われている。この研究で先進している研究所は、自動車メーカーではなく、やはり電動機メーカーであり、そのようなメーカーが論文をたくさん出しているようである。このように自動車用モーターの科学が研究されてきているようである。

以前に述べたバッテリーの研究とモーターの研究、そしてインバーターの研究などによって、自動車の科学が進化し、より効率の良い自動車が開発されていくことになる。

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このブログを読まれている方の中には、将来、科学の発展に貢献したいと思っている人も多いかと思う。そういった将来に科学の一柱を担いたいと思われている方は次のようなことを知っておかれた方がよいかと思ったのでその記事を書いてみることにした。


それは何かというと、一言で言えば科学が発展していくための裏には「作用反作用の法則がある」ということである。


これは何かと言うと、大きなところで述べると、日本史や世界史を勉強していると、新しい文明が発生するときには必ずと言ってよいほど、今までの古い文明との戦いが発生する。小さなところでは、子供はほぼ必ず親に反発をして大きく発展していくようになる。そのように今までの古いものと新しいものが対立をして、そして新しいものが打ち勝っていったときに、新しいものが世間に認識されていくという仕組みがある。


例えば、「太陽光発電はとても良い」ということで政府を挙げて太陽光発電が伸びていくようにしているのであるが、この太陽光発電にはコストパフォーマンスが悪いというデメリットがある。このコストパフォーマンスさえ克服できたら良いのかもしれないが、どう考えても原子力発電や火力発電の発電量に敵うことはあり得ない。


かといって「CO2を排出するのは良くない!」と思う人も多いかもしれないが、太陽光発電を製造するためのCO2の排出量を考えている人は少ないかもしれない。そして、CO2削減を強く訴えている人でも、電気がなければ生活はできないし、薪で暖炉を温めて冬を乗り切るにしても、薪の代金は灯油の代金と比べて手間暇などを合わせたトータルコストが数十倍にもなってくるので、一家族当たりの生産性が著しく低下する。そういった家庭が増えてくると、日本全体としての経済が停滞して、エスカレーターやエレベーターが動かなくなってくる社会になるかもしれない。そうなってくると、「老人のためにエスカレーターやエレベーターを増やしましょう」と言っている団体とぶつかってくることになるかもしれない。そのように社会は複雑になっている。


そういったように、世の中には作用反作用があって、どのような良いことをしている人にも圧力団体があることが多い。他にも例を出すと、薬の開発に「人体実験はよくない!」と言っている人もいれば、「では動物実験は良いのでしょうか?」と問いただすと、別の組織が「動物実験は良くない!」と言い出す始末である。では、そういったことを提唱している団体の人たちも、病気になれば薬を飲むこともあるだろうし、毎日の生活の中で化学物質を大量に使っていることだろう。


そういった中で科学を発展させようとするならば、やはり信念が大切かと思うし、その信念の中には「世の中を少しでも良くしたい」という思いが大切なのだろう。そういった志を学生のうちに見出すことができたならば、一流の科学者として成長するための種ができたことになる。学生さんには、そのような信念を見出し、固めていくための学生生活を送っていただきたい。そのためには、いろいろな人の本を読むと良いと思う。


信念を固めるために、私からおすすめの本としては、サミュエル・スマイルズの「自助論」をぜひおすすめする。


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歴史を調査することは昔から行われていることであるが、新日本科学が発達していくにつれて、昔にあった歴史的な事実がより鮮明になってきているようである。例えば、炭素同位体の量を調べる調査では、放射性の炭素の量を調べることによって、動物が生きていたのが何年前であるかを調べることに使われている。そのような炭素同位体の量を調べることは、なかなかできないことだと思うので、新日本科学はすばらしいなといつも感じてしまう。

この炭素同位体の調査はどのような原理で年代が分かるかと言うと、動物は食べ物を食べるが、その食べる量が特定されると、どれぐらいの炭素を体内に取り込むかを知ることができる。そして、この炭素の中に、一定の割合で放射性炭素が存在するのであるが、炭素の摂取を行うことで一定の量が体内に存在している。ところが動物が死ぬと、炭素の摂取がなくなるので、その炭素量が分かればそこから炭素同位体は崩壊をしてだんだんと量が減ってくることになる。その減った分を正確に測定することができれば、年代がおお分かるという仕組みである。これもおおよそでしか分からないのであるが、炭素同位体の量を正確に知ることができることによって、年代をより正確に調べることができるようになってくる。

他にも科学的な調査としては、DNAの調査である。この調査によっても、歴史の新しい事実をたくさん解明している。例えば、現在の日本人のDNAを何百人か調査をすることによって、おおよそ平均的な日本人特有のDNAがわかってくる。そうすると、日本人のルーツは大陸からのルーツなのか、それとも南の島なのかとか、そういったことが分かってくる。私の記憶では、だいぶ昔にやっていたテレビ番組では、南の島からのDNAもあるということで、大陸説は否定されつつあるのではないかということを言っていた。

誰か正確に知っている人がいればご教示いただきたい。