電場と磁場について

質問

最近物理の授業で、電気を流すと磁場が発生すると言うことを習ったのですがなぜでしょうか？電場だけが発生するのではないのですか？
また、電場と磁場はまったく関係がないのですか？

回答No.4

atom1 · ベストアンサー

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遅くなって、すみません。今日見たものですから。
あなたの質問は、説明する側の私には、参考になります。ありがとう。

最初の回答で説明したように、エルステッド教授が、実験室で、テーブルの上に電線（銅線か鉄線か分かりません）を直線状に張って、電流を流す実験をしていたようです。その当時はようやくボルタが電池を発明したおかげで、摩擦電気で瞬間に放電して中和して消えてしまう時代から、何分かあるいは２～３時間くらいか分かりませんが、長時間電流を流せる時代に入ったばかりだったと思います。それで先ず電流を流すことで何が起きるか、流していた事と思います。

　そうしたら、これも本人に聞かないと分かりませんが、磁石で北の方向を指示すコンパス、羅針盤の小さいもの。これを電流を流している電線の近くに置いてあったのです。電線の電流の発熱や、電流量の大小などに気を取られていると、気がつかないと思うのですが、いきさつは分かりませんが、コンパスが、南北の方向と違った方向を示していることに気がついたのです。
つまり、電流を流すと、磁石を決まった方向に、つまり直線に張った電線電流に対して直角方向に指示させる透明な力が放出されていると判断できたのです。コンパスを電線の回りに置いて調べると、同心円になることも見つけたと思います。
　つまり、磁石を動かすのは磁石と言う事実は分かっていたでしょうから、磁石を動かす力の空間と言うことで、磁場ができている。電流のスイッチを切ると、コンパスが南北の正常方向を示すから磁場が消えたからと判断できたわけです。電流を流すとその瞬間から回りに、磁場を発生している。電流とくっついていて切り離せないなどの自然の事実を発見したのです。歴史的に電流が回りの空間に磁場駕できる自然現象を発見した瞬間だったわけです。
どうして発生するのか、その理由は誰にも分からないし、説明もできません。自然を創造した神様のアイデアで設計したと考えましょう。
　科学とは、自然現象の事実を、その説明文どおりに行なうと、老若男女、小中高大学先生博士の学歴に関係なく、いつ、どこで行なっても、誰がおこなっても、
同じ自然現象を再現できるし、ものであれば、同じ物をいつでも作れるという暗記用の説明文を作ること、別な言い方をすれば、間違のない説明文を言い当てる。ことなのです。
この暗記文の集まりを科学知識といいます。
暗記文作りに専念する人を科学者といいます。

●このエルステッド教授の発見した自然現象の場合は、この事実を、どう記憶して、今後に役立てるようにしようか、と考えるしかない、新しい、基本知識だったのです。
そしてアンペールだったと思うのですが、右ねじの法則として記憶法を考えたと聞きます。

ノーベル賞博士といえども、私も、中学生も大学の先生も、これに関しては、同じ右ねじの知識で覚えます。

この暗記文が基本になって、コイルに電流を流して強力な電磁石を作れるようになりました。エルステッドの発見以後の磁場の理論は同じ人間が、自然現象にあうように組み立てる理論になりますから、どうしての質問には理由を説明できる事になります。

●次にファラデーとレンツの暗記説明文にはいります。磁石を振り回すですが、一番基本的な電磁誘導を起こす分かりやすい手段は次のようになります。
磁石からは、磁石を動かす透明な力の線がＮ極から出てＳ極につながる磁力線（どんな本にも乗っているとおもいます）をイメージしてください。
　この磁力線で、銅線を切るように動かします。銅線に切られたと考えてもよい。早く動かして銅線で切られる磁力線の本数が多いほど、大きな電圧を電線内に発生します。もし磁力線で切られた銅線の両端が、ぐるっと回ってつながっていると、発生した電圧で瞬間電流が流れます。
もうひとつ別な、電磁誘導の暗記説明文があります。

円状あるいは四角でも、どんな形をしていてもよい、とにかく両端がつながっていさえするとよい。
磁石からでている磁力線イメージしながら磁力線が円形銅線の中を突き抜けて交差するように、磁石を上から下げていきます。するとリングと交差する磁力線の本数が増えて行く変化になります。次に引き上げるにつれて、リングと交差する磁力線の本数が少なくなる変化をします。
この時増える減るに関係なく、変化する本数の変化の量が多いほど、つまりは磁石の出し入れを早くするほど、リング状電線内に大きな電圧を発生します。変化し続ける限り、毎瞬間電圧をを発生し続け、その電圧で毎瞬間電流が流れ続けます。変化がないと誘導電圧も電流も発生しません。電圧も電流も何もない電線の中に誘発した。と言う意味で、誘導電圧、誘導電流と言います。誘導の英語の名詞はインダクションInduction（誘導）,動詞はインでュウスinduce（誘発する）です。
磁力線を入れて本数を増加させる場合と、引き上げて交差する本数を減らす変化では、銅線内に発生する誘導電圧（誘導電流も）の方向が反対になるだけです。

●応用例
ＩＨ炊飯器のＩＨは、インダクション・ヒーティング
の頭文字で、炊飯器の磁力線が通りやすい金属の釜に２つのコイルを巻きつけ、一方のコイルに、家の１００Ｖの電源に接続して電流を流すと、１秒間に５０往復回関西は６０往復して変化し続ける電流が流れ、その電流で変化する磁力線が鍋を通ってもうひとつのコイル巻き線を突き抜けて智慧の輪と同じ交差した形になります。しかも変化し続けますから、コイルに誘導電流が流れ続け、誘導電流が流れている巻き線コイルの中では、コイルの抵抗との摩擦で発熱し、磁石を上下させなくても、家庭の１００Ｖの交流電圧にさせて、ご飯を炊き上げる仕組みです。

磁石を振回すにしても、電線や電気回路があるところで、振り回す必要があります。

炊飯器と同じ原理で、トランス、誘導電動機（インダクション・モーター）、交流発電機、直流発電機があります。
また長くなりました。読むのに疲れ、分からないかもしれません。その時は、また質問してください。

お礼

いえ、どういたしまして。
くわしく説明してくださってありがとうございます。
電気を流すと磁場が発生するのはどうやら真理のようですね。
回答ありがとうございました。

回答No.3

atom1

理科に興味があるのでしたら、これから、科学の基本を知っておきましょう。先生もひとこと歴史的経過を入れるとこのような質問にならないのです。

　科学とは、自然（私は割り切るため、自然創造の神のアイデアで作ったのがこの宇宙の自然、と考えて出発点にしています）の事実（これは私たちの５感、見る、聞く、味、触感、臭覚、直感も入れましょうか、で感じたものです）に対して、人間言葉で理解する説明文を記録している分野です。
もう少し具体的に言います。
　老若男女の区別なく、小中高大学の学歴に関係なく、先生、博士、技術者の名前の区別なく、「その説明文どおりに実行すると、どこで行なっても、誰が行なっても、いつでも、同じ自然現象を再現できるし、同じ物を作れる」という、★暗記しておくための説明文を作ること、または、★説明文で言い当てる事です。
　言い当てた人は表彰されます。そして量産が始まるのです。

　この仕事ををしている分野を自然科学ということにし、略して科学と言っています。物理、化学、医学、農学、土木、環境、電気工学、・・皆科学です。科学がないと宗教、文学、芸術と言う曖昧の世界です。
　この、★自然の事実を言い当てる説明文作りに従事する人たちを、科学者と言い、
★説明文の集まりを科学知識といいます。
　科学知識は必ず実験がつきものと言うことも知っておきましょう。
　ついでに、お味噌汁を作る時、お味噌が多いとショッパイ。水が多いと美味しくない。煮するとどうなります？凍らせると・・。温度、時間、圧力・・の条件が変ると結果は違ってきます。危険になります。
ですから科学知識（物つくりのこまい枝葉の技術部分が多くなってきます）が無限に増えていき覚え切れません。基本を覚え、総合感覚を養いましょう。

　電場と磁場について
英語のelectric　field(エレクトリック　フィールド)
を訳して、物理学では場所の場を用い「電場」
電気工学では、フィールドに世界の界を用い「電界」と訳して使っています。
　磁場magnetic field(マグネティック・フィールド)
は同様、それぞれ、磁場（物理）、磁界（電気工学）と訳して使っています。

　昔、ヨーロッパから電気の科学が発達してきました。途中省略します。
　エールステッド教授が電流を流す実験をしていて、席を外し、戻ったら、たまたまそばに置いてあった
コンパス（南北の方位を示す磁針）が電線電流と直角方向に振れていたことを発見し（気が付いたというわけ、これは助手と聞く？）、ここではじめて電流の回りに磁石を動かす透明な力を空間に放出している事実を発見（５感ですね）したのです。電流を止めると、磁力が消える事も当然確かめたのでしょう。
ですから、電場と磁場の間にはこの事実以外、何もありません。
　これを追求して、電流の回りの空間に透明な磁力が同心円状に磁場（磁界）が発生していることがわかり、英国のファラデーが、磁力線で表現してイメージすることを考え付いたのです。これは数学表現ができて設計できるようになり、大変な手柄なのです。今でこそ砂鉄を蒔いて磁力線を実感しています。

　一方＋－の電気（電荷、通常静電気と言われています）の間には、空間に＋や－の電気の粒子を動かす透明な力を放出していることが分かり、電場（電界）と呼び、磁力線に合わせ、電気力線であらわします。

　その後、ファラデーが磁力線（磁界）を変化させると（●振り動かすと）そばにある電線に電流を流す自然現象が起きることを発見（言葉を言い換えると電気を発生した事を発見したこと）し、暗記すべき説明文を言い当てました。
　このファラデーの暗記説明文のことを、私たちは学校で「★電磁誘導」と教えられています。電気と磁気の間で互に誘導しあうと言うことが分かるように電と磁になっています。
このおかげで、トランス、電波の受信、脳磁計、ＭＲＩ，ＩＨ炊飯器、ＴＶ、あらゆる、電波連絡。・・ができているのです。

　難しいですが、大学で習いますが、マクスウェルは電磁方程式で表現していて有名です。

　電波、７色の光、赤外線、紫外線、短波、・・・と言うのは、５感でつけてきた言葉であって、正しく言うと、電気の波「電気波」と磁気の波「磁気波」が直角に交わって飛んでいるもので、ひとことで電磁波と言います。
　磁力線、電気力線は具体的にイメージする用語です。分かっている人は磁場（磁界）と電場（電界）を用いて表現するとよいです。
　電場と磁場の関係は以上の通りです。

参考ー設計計算に進むと、電束、磁束、誘電率、誘磁率（透磁率）など、限りなく専門用語を作ってこまい技術部分に入っていきます。それで私も覚え切れませ但し国語、物理、数学の基本を知っていると、読むとほとんど分かります。
　以上のべた科学の意味と電気の基本は大学に行っても忘れてはいけません。知らない人も多いのです。

お礼

難しそうですね、頭がこんがらがりそうです。
できれば、電気を流すと磁場が発生する仕組みなどはわからないのでしょうか？おっしゃってくださったのかもしれませんが、難しくて・・・・・・

＞磁力線（磁界）を変化させると（●振り動かすと）そばにある電線に電流を流す自然現象が起きることを発見
変化させるとはどういうことなのでしょうか？

回答ありがとうございました。

回答No.2

sanori

そんな貴方に、とっておきの情報！

下記で「計量単位令」という名称の国の法令を検索して、表の中に「アンペア」という単位の定義が、どう書かれているかを見てください。きっと驚きますよ。
http://law.e-gov.go.jp/cgi-bin/idxsearch.cgi

＞＞＞＞＞
電場だけが発生するのではないのですか？

いえ。
電場は、電子がじっとしてても、あります。
電子が多いところはマイナス、少ないところはプラスに帯電して、そこを中心に電場が存在します。

電流が流れると（＝電子が動くと）磁場が発生するということです。

＞＞＞＞＞
電場と磁場はまったく関係がないのですか？

いえ、仲の良い友達です。ダンスのペアです。
電場がダンスすれば、磁場がくるりと回り
磁場がダンスすれば、電場がくるりと回り

＜おまけの話＞

もう１歩踏み込んでみましょうか。

電場、磁場というのは、近くに電気を通す物体がなくても存在しえます。
、
真空中の何もないところで、仮に・・・・・
・電場がダンスすると、磁場がくるり
・そしてまた、その磁場のくるりによって電場がくるり
・そしてまた、その電場によって磁場がくるり
・そしてまた、その磁場によって・・・・・
という繰り返しが延々と続いたとしましょう。
（実際あります）

この現象に関する難しい方程式を過去の学者が解いてみたら・・・
・・・何と！
仲良しダンス二人組みは、ダンスしながら、移動するはずだと。
しかも、その移動の速さは、地球を１秒に７周半するぐらいのとてつもないスピードだと。

さー、それは一体なんでしょーか？

お礼

光ですか？
ものすごい難しそうですね。アンペアの用語といい頭がこんがらがってます。
できれば電気を流すと磁場が発生する仕組みなどはわからないでしょうか？答えが教えてくださったサイトにあるのかもしれないのですが、難しくて・・・・・・
回答ありがとうございました。

回答No.1

guuman

電場も磁場も同じものを違う角度から見ているようなもので同じものです
電磁気はEとBによって表現されるのです
座標軸を回転するとx,y,zが変化するのと同じようなものです
万有引力がなぜ起こるかという質問と同じような質問です

お礼

ものすごい難しそうですね。頭がこんがらがってます。
回答ありがとうございました。