電子の慣性と交流電力

質問

電子は慣性で動いていて加速減速しない、誕生以来百億年以上の期間、等速度で動いているという考えがあるかもです。交流電力では、銅線内を電子が右往左往するので、一瞬電子の速度はゼロになる気がしないでもないのですが…。素人の想像で大変失礼しております。

回答No.1

QCD2001 · ベストアンサー

質問者さんはとてつもない勘違いをしているようです。

どんな物体も、力を加えない限り、等速直線運動をしている、というのが慣性の法則です。
ニュートンの運動方程式では、力を加えると、
F=Mα
に従って運動が変化します。
ここで、Fは力の大きさと方向、Mは質量、αは加速度の大きさと方向です。
原子核の周囲を回っている電子は、慣性の法則によって等速直線運動をしようとしますが、原子核からのクーロン力により運動方向が曲げられて、円運動をすることになります。

質問者さんは、他の質問で、
外部から電子に力を加えないと電子が減速し原子核に落ち込んでしまうので、外部から電子を加速する力が必要である。

という勘違いをしているようだったので、電子は慣性で動いているだけだ、という趣旨の回答をしました。
宇宙開闢以来、外部からの力を一切受けずに等速直線運動をし続けている。
などということを書いた覚えはありません。そんなことがどこに書いてありますか？
電子に限らずすべての物体は慣性で動いていて「力を加えない限り」加速減速はしない
のです。
原子核の周囲を回転している電子が外部からの力がないと減速して原子核に落ち込んでしまう
というのは間違いである。ということを説明するために、慣性動き続けている。と書きました。「外部からの力で加減速しない」などということはどこにも書いていません。
勝手な思い込みをしないでください。
文章はよく読みましょう。

お礼

詳しい説明をありがとうございます。自由電子も軌道電子も絶えずクーロン力とローレンツ力と万有引力を受け、等速直線運動も等速円運動もできないという考えも読ませていただきました。もしそのご意見が正しければ、慣性は考慮しなくても良いような…。電子の慣性については複数の方々が言及されていたので、どなたかお一人のご意見への反論ではありません。科学的に考える皆様にお付き合いいただき恐縮です。

回答No.3

QCD2001

どうやったらこんなひどい読み間違いができるのか想像が付きません。

＞自由電子も軌道電子も絶えずクーロン力とローレンツ力と万有引力を受け、等速直線運動も等速円運動もできない

そんなことをどこに書きましたか？いろいろな力を受けているので最初とは運動速度が変わっているだろうという趣旨で書いただけです。「等速直線運動も等速円運動もできない」なんてどこに書いてありますか？「等速直線運動はできるけれども、いろいろな力が働いているので、結果的には等速直線運動にはなっていない」という意味で書きました。等速直線運動を「しない」と「できない」は全く意味が違います。国語をちゃんと勉強してください。

＞慣性は考慮しなくても良いような…

力が加わらなければ「等速直線運動をし続ける」
というのが慣性の法則です。これを「考慮しない」ということは「慣性はないものとする」ということですか？であるなら力がなくなった瞬間に運動を「し続け」ないのですから、電子は減速ではなくその場で停止することになります。

時計の文字盤を思い浮かべてください。文字盤の中心に原子核があり、電子が右回りに回転運動しているとします。ある瞬間に電子が一番上の12時の位置に来たとします。
軌道電子に慣性がないとすると、電子は減速はせずにこの場所で停止してしまい、クーロン力で原子核へ落ち込んでしまいます。電子が回転し続けるためには、電子を右の方へ動かす力が働かなければなりません。さらに原子核からのクーロン力によって落ち込むのを防ぐために、真上へ向かう力も働かなければなりません。

さて、電子が文字盤上を５度ずれた位置に来たとします。このとき電子に働いている力は、電子を右の真横に動かす力と、真上に動かす力と、中心へ動かすクーロン力の３つの力が働いていますから、電子は文字盤の外へ動いて行ってしまいます。文字盤に沿って回転運動をするためには、右の真横へ向いていた力は、真横よりも５度だけ下方へ斜めになった方向に変わらなければなりません。また、原子核からのクーロン力は真下ではなく、真下から５度ずれた方向に向いています。従って、真上へ動かしていた力も真上から５度ずれた方向に変化しなければなりません。

さらに電子が5度分動くと、電子を動かす力もさらに５度ずつ方向がずれなければなりません。
今、５度で話をしましたが、実際は１度でも0.5度でも0.1度でも0.000001度でも同じ議論をする必要があるわけです。

慣性を考慮しないのであるなら、このように変化する力がどのように発生しているのか、どのように、こうもうまく力の方向が変わってくれるのかを考えなければなりません。
慣性を考慮しないとすべてが破綻します。

質問者さんは、まず一番の基本である力学を勉強する必要があるように思います。
力学がわかっていないので、勘違いに勘違いを重ね、誤解に誤解を重ね、想像が妄想になってしまっているように感じます。
力学がわかっていないから、いつまでもローレンツ力にこだわり続けているのです。
原子の大きさは直径が１オングストロームなので、1立方センチに原子は１京個存在します。１京個の原子の磁極はバラバラな方向を向いていますから、そこから受ける１京個のローレンツ力もバラバラな方向を向いています。それを合計した合力はどちらの方向を向くと思いますか？

「お礼欄」に、上記の場合にローレンツ力の合力がどちらを向くか、質問者さんの考えを書いてください。

お礼

慣性の法則は物理法則で、宇宙内のすべての物質にいつでもどこでも作用していて例外はない、慣性の法則から逃れられる物質はない訳ですね。非常に重要な科学的な思考の原点に立ち返らせていただき、ありがとうございます。

時計の振り子は慣性の法則と万有引力の法則が共働している良い例ですね。素晴らしい例えに感謝します。私の以前の目覚まし時計は電池式だったので、電池が切れると針も止まり、慣性はほとんど働いていませんでした。時計の針も電子も軽いので、慣性が小さいのでしょう。

１京個の原子からの電磁波全てを考慮しなくて良い理由？
A. 電磁波は発生源から遠ざかるにつれて減衰するので、０.１ー０.２ミリ以内の近い原子からの電磁波だけを考慮すれば良いのでは？
B. 遠くからの電磁波はお隣やご近所の原子が吸収してくれるので、向こう三軒両隣、7×7×7−1＝342個位の原子からの電磁波だけを考慮すれば良いのでは？
C. 陽子と電子を結ぶ電界直線と平行な磁界はローレンツ力を発生させないので、電界直線と磁界が交差する電磁波だけを考慮すれば良いのでは？

ほとんど妄想ですね。貧乏暇あり中年男性の頭の体操、数独以下の庶民的な薄っぺらい趣味なので…。回答者様は数学のエキスパートですね。それよりも、霊と魂は慣性の法則に従いますか。私は不摂生不養生でもしかすると棺桶に片足突っ込んでいるかも、健康診断は大切ですよね…。

回答No.2

maskoto

多分、電子は行ったり来たりしてないと思います
ある電子が原子核Aの束縛から離脱して自由電子aとなりました
しかし、その隣の原子核Bも自由電子bを放出したため、電子の空きがあり
aはBに捕まって動けなくなりました
そしてbもまた別の原子核にすぐ捕まりました…
あたかも、aからbにバトンが受け渡されリレーで電流が運ばれているイメージてす

こんな具合なので、一つ一つの電子の動きは結構不自由なんじゃないかと思いました
（自由人と誤解されてちょっとかわいそうかも）