電子の熱物性値（比熱、熱電導率など）を考慮する必要がある工業上の例

質問

を知りたいのですけど、

自分なりに金属の電子について考えてみると、電子はそもそも金属の
中にあるものであり、電子の比熱＝金属の比熱だと思っていました。

個体物理学の本によると、

『実際は金属の自由電子はほとんど比熱には影響を及ぼさない、
ただ０K（ケルビン）近くのイオンの振動（格子振動）による比熱が０に近づくと電子による比熱のほうが勝ってくる。』

って書いてありました。
ってことは０K（ケルビン）近くでは電子の比熱を考慮しないといけないということでしょうか？

でも０K（ケルビン）って絶対零度のことですよね？＿
絶対零度の状況に近い状態なんて、工業上でありえるんでしょうか？

意味不明です。誰か助けてください。お願いします。

回答No.1

wolv · ベストアンサー

物理化学や生化学の研究で使われる核磁気共鳴（NMR）装置は、
巨大な磁場を利用しています。この磁場は電磁石を使って作られていますが、
通常の温度では電気抵抗がとんでもなく問題になるので、
絶対０度近くまで冷却し、超伝導状態にして使用されます。
（これは、液体ヘリウムを用いて冷却されています。さらに、
　その外側を液体窒素を用いて冷却しています。）

また、空気などから液体酸素・液体水素・液体ヘリウムなどの
液化ガスを作る場合は、絶対０度近い温度が必要になるので、
この現場では、工業的に絶対０度が利用されていると、思います。

補足

なるほど、たしかに自分でも調べてみると、
ヘリウムや窒素を液体にするにはマイナス２００度近い温度が必要なんですね。
自分の勉強不足でした。

wolvさんありがとうございます。

で、さらに疑問がでてきて絶対零度近くが必要な工業上の特徴はわかったのですが、その際具体的になぜ電子の比熱を考慮する必要があるのでしょうか？

わかりませんか？

回答No.2

wolv

……やっぱり、

> その際具体的になぜ電子の比熱を考慮する必要があるのでしょうか？

という疑問でますよね。……そこは知らないので想像でしか答えられないのですが、

設計上の問題でしょうか。
絶対０度近くを得たいとして、電子の比熱を考えないで設計すると、
例えば、
「ある供給量を満たすために、２０億円のプラントと年間２億円の電気代がかかる。これならば、５年間の稼動で元が取れるから…」
という設計で作ったのに、実際は電気代がその倍かかって、
１０年経たないともとがとれず、８年目からプラントで故障があいつぎ、
結局採算とれずに閉鎖…とか。

本当のところは、もうちょっと専門の方にお任せします…。

お礼

そうですね、僕もそのようなことかもなぁとは思うんですけど、

その超低温な液化ガスに接する金属部分の周囲の温度変化に注意しなくては破損しやすくなってしまうとか…問題がでてくるのではないかと考えます。

でもやっぱり詳しいことはわからず…

＞本当のところは、もうちょっと専門の方にお任せします…。

ありがとうございます。全然助かりましたよ ＼（＾０＾）／