電磁の学習 3     E-149   No346               2012年3月1日(木)

 

  磁束場の発見(1)                                   88/6/2

 

1  100[V]のニクロム線にさわるとブルブル震えるようなものを感じました. これは交流のせいでしょうか. *交流なら, スイッチを入れたときに, 同じ向きの電流によって引力がはたらきます. 温度が高くなると弾性が弱くなって振動はやみます. 直流でやってみますか. 

2  磁石の力が働く中心−磁力の中心−はどこなのでしょうか. *効果が最も大きいところということかな?

3  テレビの電子銃を磁束場で動かしてあの複雑な絵を描くのですね.*感動だね.

4  コンデンサーの直列と並列の区別がつかなくなることがあります. 何かうまい方法があればよいのですが. *つながっている極が同符号の電荷ならば並列, 異符号ならば直列というのはどうでしょう.

5  場は水の中でも働くのですね. *浮力の場だってあるし.意味が違うかな? 電極の間に水を入れると容量が80培になります. 

6　家庭のコンセントは100[V]ですが, 何アンペアの電流まで流れるのでしょうか. *いくらでも流れる(?)のですが, そうすると, 導線が燃えてしまうので, そならないようにヒューズが切れるようになっています. ヒューズの大きさは電力会社との契約によります. 許容電流を大きくすると基本料金が高くなります.

　興味ある話を一つ. 夕方, 友人の家を訪ねると, 電灯が消えているのです. 声をかけると, "今, ご飯を炊いているから…"というのです．夜，炊飯器を使うとヒューズが切れてしまうのだそうです．アンペア契約を増やしたいと, 市役所に交渉すると，"そのような電気製品を使う人は市営住宅などには住みません”が, 役人の言葉だったといいます! 　

7  シャープペンの芯に大きな電流を流すと, 原子核にぶつかる電子も多くなり, その時に出る熱で, 芯が燃え出す(酸素と結合する)のでではないか. *赤熱してしまいますが, 酸化していません. 酸化したら二酸化炭素になって, 芯はなくなてしまいます.

8  磁場の導線はどうして厭がって逃げてしまうんでしょう. *横向きにローレンツ力が働きます. 小学生にこの実験を見せたら "厭がっている" といいました. 小学生並み? いえいえ! いい感覚ですヨ. ニュートン力学では, ものにはたらく力は, ものとものとを結んだ方向なのですから, これは異常なケシキなのです.

9  実験で延びと縮みで違う値が出ますが…. *導線の重力はいつでも下向きに働いています!

10  強い磁石に弱い磁石を近づけたら．弱い磁力のNSに関係なく同じ位の強さでくっついた. 弱い磁石は強い方の磁力にとっては鉄扱い? *ナカナカ.

11  重力をシールドするものはありますか. *物体では＜ない＞でしょう. 慣性力はどうなるかな?

12  電束には矢印があるが, 電気力線には矢印がないようですが. *両方ともあります.

13  光にも重さはありますか. *ないともいえるし, あるともいえるし. 概念は拡張されるのです. 光にはエネルギーがあり, 速度があるのだから, 質量があってもいいと思いませんか.

14  電子レンジは電磁波を使っているのですか. 中の空気が熱くならないのは, どうしてでしょう. *水は電場から力を受けるが, 空気は受けないのでしょう. 分子の構造に原因がありそうです. 周波数は2450[MHz]です.　

15  サイクロトロンは大きい方がよいというのはどうしてですか. *周期が同じなのです. だから, 半径が大きいと粒子の速度が大きくなります.

16 行き止まって, 行き場所のなくなってしまった電流はどうなってしまうのでしょう.*電荷としてたまります.

17  人間はどれだけの電流に耐えられますか. *ある調査によると, 最小感知電流は直流で5[mA], 60サイクルの交流で1.0[mA]だそうです. 筋肉が痙攣して電線から手が離せなくなる限界電流は, 60サイクルの交流で16[mA]程度だといいます. 私の友人でこの種の事故にあった者がいます. 右手で左手を(逆かもしれない)握って引き離したといいますが!

18  ここでは、電束場D, 磁束場B, 電場E, 磁場H, 電束線ψ,磁束磁φ,電気力線ψ/ε,磁力線φ/μ と使い分けています。

 

  磁束場の発見(2)                                   　88/6/13

 

1  モノポール(単極の磁針)についての意見がありました. *そのようなものがあったとして, 水に浮かしておいたら, どうなると思いますか.

  雑話一題:酒の席で, 二人の物理教員が "単極磁石ができたらノーベル賞ものだね"という話をしていました. 次回の酒の席に, 一人がそれを作ってきたのです. 磁針の片方の端(例えばN極)を軸受けになるように, 真ちゅうの針がついであります. この磁極はトルクを受けないので, 単極磁針と同じ動きをするのです. "これでノーメル賞!" 酒がかかっていたのですネ.

2  磁石の下に金属(*鉄)がくっついているときと, いないときでは, Fluxメーターの値は倍近く違いました. *Fluxは鉄の中を通りやすいのです. オームの法則の電気抵抗と同じように, 磁気抵抗があって, それが小さいのです.

3  磁力線を見る装置について, 鉄が酸化しないように, 液体は油, 気体は窒素かなんかかな? *水の酸素で酸化することはないのではないかな. 溶けている酸素で酸化するけれど. 中の気体については業者に聞いてみます.    

4  どうして, 80[V]も90[V]もさわれる人間がいるのか. *指が乾いているんでしょう.

5  さぐりコイルの係数 10(-4)はどのような意味ですか．磁力線の本数は別に決めるものとして，磁力線1本を1[Mx(マックスエル)]とする. これを10の8乗本を束にして1[Wb(ウエーバー)]とする.

  磁束計のレンジが1×103で, 針の読みが0.5だったとする.

  その単位は[kMxT]で, 実効面積に0.5×103[kMx]の磁力線が通過しているの意味. 　

  千葉高のさぐりコイルは, 面積が2.5[cm2]で400T(TはTurnで回).

  従って, その実効面積は 1000[cm2]＝0.1[m2]

  磁束密度は 0.5×103[kMx]／0.1[m2]＝5×103×103[Mx/m2]＝0.05[Wb/m2]

  こうなるようにサグリコイルに[読み取り値×10-4]と記入した.

  単位は[Wb/m2]＝[N/A・m]＝[T]  [Mx/m2]でもよい.

問い  1[T]＝?[kMx/m2]  ちなみに, 1[(ガウス)]＝1[Mx/cm2]＝10(-4)[T]

6  磁石の直列・並列で強さはどうなるのでしょうか. *強さにはBとΦがあるよ.

7  磁石はいくら切ってもキンタロウ飴のようにN・Sが現れるのはどうしてでしょうか.

  *磁力線が鉄から出てくるところをN極というのです. 磁力線が切れれば, その断面(断点?)に, 多分, N極とS極が現れます.

8  F∞(比例)l は, 導線の長さが変化すると, 電気が磁束場を横切る区間がなくなるというのだろうか. *その中にある間は, ずっと, 力を受け続けるのです.

9  ミクロの世界では，磁界はなにを引いているのですか．*動いている電子(電荷)です.10 3次元の物理法則は4次元の物理法則が投影されたものではないだろうか. 離れても力が働くという"場"も, 実は, 4次元で接触しているのかもしれない. もっと考えると, 3次元の法則はすべて, 同じ4次元の法則を違う断面で切ってみただけなのかもしれない. *ナカナカ!

11 電子が−→＋なのに，電流は＋→−なのですか．*ミクロな知見がえられないときに,そのように決めてしまったので,　仕方がありません. どちらで考えても, 起きる電磁気現象が同じなので, いいことにしているのです. 摩擦でガラスの起きる電気をプラス, エボナイトに起きる電気をマイナスと決めたのは, フランクリンでした. ガラスは「白く」エボナイトは黒いので，陽・陰に対応（？！）しているのでしょう．逆に決めておいてくれたら，現在では，電子はプラスということになっています．電磁気学習が少しは容易になっていたでしょう．北欧のある国では, 電子の運動の向きを電流の向きとしているそうです. 　　 　　

 

　磁束場の発見(3)                                    88/6/16　　　　　　　　　　

 

1  電場の発生で, 電気力と磁力が合成されて斜めの方へ動くのだろうか. *TVのブラウンン管では電子にそのような力が働きますが, この場合は, BがEに変身してしまうのですから, 同時には働いていないのです.

2  ロケットやスペースシャトルに, 地球の磁束場がなにか影響を与えているだろうか. *飛行機の金属の翼が, 地球の磁束場を切るので, 電場が発生し, 翼の両端に電位差ができています.

3  参考書に U＝qV は電荷qが速度Vをもつ運動エネルギーとなっていましたが, qVはPEにもKEにもなるんですか. *多分, 読みちがいです.

また   (1/2)mv2＋qV＝一定 �@　と書いてありましたが，

       mgh＋qV＝一定      �A　も成立しますか．

*�@や　(1/2)mv2＋mgh＝一定�B  は成立するが, �Aは面倒です．

課題:�Aが成立する状況を設定してみよう．　　

4　問題集を解いていて，その運動のイメージがつかないとき，実験してその運動を見てからやりたいなと思うことが，近ごろ多い．*いいセンスです.　

5　階段についているスイッチは図(略)のようになってりて1階でも2階でもつけられますが，三つのスイッチでもできるとききましたが，どうするのでしょうか．*考えてできた人は報告に来てください. 前任高の卒業生の一人が, 報告してくれました. 少々複雑です. 　

6  人の手と手をこすりあわせると, 一方はプラスに, 一方ははマイナスに帯電しますか. *一人では駄目です. 人間の体が導体だから. 二人でうまくやれば, 多分できます.7  磁石の幅を狭くすれば, 磁束密度は大きくなるのですか. *そうはなりません. 

8  U＝k・Qq/r  U＝−G・Mm/r  の違いは何ですか. *前者は斥力で, 後者は引力です.

9  ピップエレキバンは本当に効くんでしょうか. *効くという実験データが欲しいものです. あるとしたら統計的な効果でしょう. それより使い終わったものを実験材料として欲しいものです. 家にあったら持ってきてください.

10 スライド抵抗器がばかでかいのは, やはり, 大電流に耐えるためだろうか. *放熱を大きくするためです.

11 なぜ数学のように公式をまず教えてその証明をしてから, 問題等へ移らないのでしょうか. *誰も経験したことがない未知の分野へ踏み込んだときには, どうするのですか. 誰も教えてくれないのです. 自然から聞き出すより他に手がないのです. 一級の仕事というのは創造的なのです.

12 二年のとき, 倫社を選択しました. 物理的にみると時間はどうのように説明されるのでしょうか. *倫社ではどうのように説明するのですか.

13 物理ではなぜそうなるの, と考えてはいけないというし, 計算は端数を省略したり, sinθ≒θ としたり, 物理って, 案外, 適当なんだなと思いました. *そんなことはありません. 意味のないことはやらないだけです. 　

 

  磁束場の発見(4)                                   88/6/20

 

1  人間は[mA]で電流の流れを感じ, 50[mA]程度までくると危険で, 100[mA]であの世に行く可能性が大だそうです. *人体の電気抵抗を100[kΩ]とすると, V＝I・R＝100[mA]×100[kΩ]＝10000[V] となります. だから 1万ボルトは怖いぞ.

2  人体の抵抗は何が要素として決定しているのだろうか. 考えられるのは，�@皮膚の厚さと乾燥の度合い　�A脂質の厚さ　�B体内の水分の量，イオンの量　�C体内を通るときの道程の長さ　などである．*手の濡れですよ, 多分.　

3  人体抵抗の実験でなんとなく思ったのは, 下図のようにニクロム線が帯電しているのではないか, ということです. *ナカナカ.

 …   −　　−　　−　　0    ＋    ＋     ＋   …

　　　−    −                     ＋     ＋

    　−                                  ＋

4  ＜加速度＞を読んだ感想:自動車はトラクション(牽引力)をよくするために, 4WDにしたり, 駆動車の上にエンジンを乗せたりする. 車の時速は今のところ430[km/h]を越すことが大きな壁になっている. パワーは1000馬力くらいを作ることができるのに, なぜ, ここが壁になるのだろう. *空気の固体化?　

5  実験で使った磁石はどうなっているのかな. *次回の授業で, 着磁してみせます.

6  磁気は人体に何か影響を与えるでしょうか. *ないと即断はしません. 先日の＜N特＞を見ましたか. そのうちに, 磁気遮蔽の実験をします.

7  自分は原因をつかまないと納得しません. 例えば, 大小2つの球がどこで離れるかとう問題がありました(物理リポート No4)が, あれば, 41.8度で離れるとわかってもちっとも面白くないのであって, 計算でそれを求めるから興味深いのです. *そのようになる事実に興味をもちませんか. 

8  私は磁界を電場と同じように考えて, 磁荷というものがあり, それから磁力線で磁界が作られると考えていた. しかし, そうすると電荷と磁荷のつながりがなくなってします. ローレンツ力が起こる原因がなくなってしまうのだ. *見事は論法です.

9　子ども電話相談室のことを書いてくれた人が居ました．答えを貰いたがるのはもっとも科学に反することだ，と私は思っています．*同感です.

10 電線の回りに磁場ができているならば, 電線のある町中で方位磁針が狂ってしまわないのは, 電線に巻いてある絶縁体のおかげだと思うが…*距離が遠いからでしょう.それに交流ですから…　

11 永久磁石の構造は, N極に陽子が, S極に電子がたまっているとすれば… *何!?　

12 仕事はエネルギーの増減のことを指すのですか. *エネルギーの出入りの方法にWとQがあるのです.

13 要するニッケル・カドミウム蓄電池は正極にニッケル酸化物, 負極にカドミウム, 電解液に苛性カリを使い, 反応は 2Ni(OH)2＋Cd(OH)2⇔2NiOOH＋Cd＋2H2O　充電で右へ，放電で左へいきます．