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<<   作成日時 : 2014/05/17 08:32   >>

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物理なんでも帳34

(この記事は物理学について私が思いついたことの覚書です。
検証してないので、真実かどうかは分かりません。)

タイトル:
磁力の正体

内容:
前回の記事からの続き。

・前回の記事で、「磁場とは運動する電荷の作る電場の歪み」と述べた。
  ・この歪みは、どのようにできるのだろうか。
  ・この歪みは、アインシュタインの特殊相対性理論で説明される。

・特殊相対性理論では、運動する物体は長さが短くなる。
  (短くなる割合は下記のローレンツ収縮を参照)
  ・そのことによって、電気力線の密度が大きくなる。
  ・これが電場の歪みをもたらす原因である。

・平行した導線で、同じ向きに同じ電流を流すと、
 導線同士が引き合うという、例と使って説明する。
  ・これらは、電流を流すことによって生じた、磁力によって
   力が起きたと説明されるものである。
   これを今回、電気力だけで説明する。
  ・片方の導線を自分、もう片方の導線を相手とする。
  ・自分側の動いている電子の視点でみると、
   相手側の電子は、同じ速度で動いているので、静止して見える。
   なので、長さの収縮はない。
  ・相手側の陽子は静止しているのだが、動いている電子の視点
   では、反対方向に動いているので、長さの収縮が起こり、
   プラスの電気力線の密度が大きくなる。
  ・よって、マイナスの電気より、プラスの電気が大きくなり、
   相手側の導線がプラスに帯電しているように見える。
  ・これによって、自分側の電子が、相手側の導線に引き寄せられる。

・平行した導線で、反対向きに電流を流すと、
 導線同士が反発する例も説明しよう。
  ・自分側の動いている電子の視点でみると、
   相手側の電子は、反対方向に2倍速で動いているので、
   長さの収縮は2倍速分起こる。
   2倍速分のマイナスの電気が強くなる。
  ・相手側の陽子はが、反対方向に1倍速で動いているので、
   長さの収縮が1倍速分起こり、
   1倍速分のプラスの電気が強くなる。
  ・よって、プラスの電気より、マイナスの電気が大きくなり、
   相手側の導線がマイナスに帯電しているように見える。
  ・これによって、自分側の電子が、相手側の導線と反発する。

・ローレンツ収縮
  ・収縮率=√(1−(v^2/c^2))
     v:速度 c:光速
     光の速度の10%で、0.99
     光の速度の50%で、0.89
     光の速度の80%で、0.6
     光の速度の90%で、0.44
     光の速度の99%で、0.14

・ローレンツ収縮による補正
  ・電線中の電子の平均速度はだいたい0.01cm/sである。
   従って、ローレンツ収縮による補正は10^-25くらいになる。
   これは無視できるほどの小さな補正のように思える。
  ・しかし、2つの鉄1kgの電子だけ取り出してかたまりにして、
   それぞれ1メートル離して置いたときのクーロン力は、
   1.82×10^25 N もある。
   (これは地球の質量を3m/s^2で加速できる力)
  ・普段は、電子と陽子の電荷が打ち消し合って、
   この大きな値は表に出て来ない。
  ・しかし、電子が運動することによって、
   ローレンツ収縮の微々たる補正の差が
   無視できない量で現れてくる。

・永久磁石
  ・電磁石の磁力の生じる仕組みは上記の通りだが、
   永久磁石の磁力の生じる仕組みは違っている。
   永久磁石の中で、電子が円電流を起こしているのではない。
  ・永久磁石の磁力は、電子そのもの磁石的性質から来る。
   この性質をスピンという。

・鉄はなぜ磁石になるのか。
  ・鉄の原子の電子の3d軌道には5つの軌道がある。
   各軌道には上下スピンの2つ1組の電子が入る。
  ・鉄は、その1つの軌道に上下のスピンの電子の組が入り、
   のこり4つの軌道には1つのスピンの電子しか入っていない。
   4つのスピンの方向がそろうと強い磁石になる。
  ・一方、銅は5つ全ての軌道に上下のスピンの電子の組が
   入っているので、全てのスピンの方向が打ち消し合い、
   磁力を帯びない。

  
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