電界と磁界の密接な関係のなぞ

質問

電界が動けば磁界も変化するし、磁界が動けば電界も動きます。
またその作用する方向は９０度違っているそうです。
では、どうして電界と磁界はこのように密接な関係にあるのでしょうか？
両者の性質はずいぶんと違っているように思えます。
両者が表裏一体の関係であることに理由はあるのでしょうか？
それとも、理由などなく、ただ自然の摂理だけなのでしょうか？
両者の関係については完全に解明されているのでしょうか？

よろしくお願いします。

回答No.5

goma_2000 · ベストアンサー

マクスエルの方程式を電場と磁場の方程式として考えると似ているようで違うようでということになりますね。

マクスエルの方程式をベクトルポテンシャルで書かれたものとすれば、両者は同じものであることが解ると思います。

因みに、ベクトルポテンシャルは昔は形式的なものであると理解されていましたが、アハラノフ・ボーム効果により実在する物理量であることが確認されています。

電場と磁場を分けて考えるのは静磁場と正電場を取り扱う時だけで、電磁場が本来ある姿である（分離することに意味が無い）ということです。別な言い方をすると、静磁場や静電場を取り扱う時に形式的に分離して取り扱えるだけということです。本当は一つのものです。

なので、両者という言い方自体が既に別物として扱っていることになりますからおかしなことになります。

こうすると質問自体が成立しなくなりますね。(^^;

回答No.4

atom1

回答者atom1.の回答履歴の
Ｎｏ．７４　科学で証明できないものは有りますか。
Ｎｏ．８５　
電場と磁場について（これは回答者の私　が読んでみたら、Ｎｏ７４を言いたかったのです　　がくどくて理解しづらいでした。）
を見てください。

●その前に
　あなたのような基礎部分に気が付いた人のために、Ｎｏ.７４　の余計なことを省略し、要点をお話します。

　あなたの質問の一番基本部分から、お話しし（答え）て、つないでいくことにします。

★両者の性質はずいぶんと違っているように思えます。　　　　答え　そのとおりです。
★両者が表裏一体の関係であることに理由はあるのでしょうか？　答え　そんなものありません。

　●説明　昔ヨーロッパのギリシャの大道商人が琥珀の宝石をたぶん布で拭いて商売していた時、塵や髪の毛を吸引、反発力や不思議な能力を発見し琥珀のギリシャ語がエレクトロン？だったことから、日本語訳で電気の文字が始まりました。言葉をつけるのが得意な人間が、その後静電気の力と名づけただけですから
理由など有りません。
　私は、この自然を作った自然創造の神様に聞いてくださいということにしています。

　フランスのデュフェイさんが、身近にあるあらゆる２種類の物質を摩擦してみて、静電気には２種類しかないことを２種類しかないことを確かめたのです。

　２種類に対し＋－の記をつけたとと考えられる人が、イギリスのデービーと、ファラデーと言われています。

　次の段階で、町医師ガルバーニ（教授）が蛙のあしが雷の電気で動く事実を発見し、その理由付けに対し、ボルタ博士が無機物を使って、ボルタの電池を作って証明したため、ボルタ博士が有名になりました。

　次の段階に、エルステッド教授が、当時にしてはボルタが電池を発明したおかげで、電池を使って電流を長時間流せられるようになったので、実験室で直線に電流を流す実験をしていて、目的は彼に聞かないと分かりませんが、１時部屋を離れて戻ったら、たまたま電線電流のそばに置いてあった、方位を示す磁針のコンパスが（何の目的で置いたかは、エールステッドに聞かないと分かりません）どんな場合も必ず、直線電流の回りに直角方向に同心円状に、磁針（コンパス）を動かすことを発見したのです。
　磁針を直線電流の回りを移動してみると、誰でも理解できます。

　ですから、ここまで、何一つ理由などありませんし
ほじくっても出てきません。自然創造の神に聞いてください。というしか有りません。
　ただただ自然の事実に対し共通理解のため名前を付け続けてきたわけです。
　途中に、真空放電の実験を試みる人は出て、その中で英国のＪＪトムソンによって－電極から電子が放出されることが分かり、画期的なマイナス電子の認識が生まれています（電線電流もマイナス電気を帯びた電子となる）。

　●次の段階から、以上の自然の基本事実に合致するように、次々用語をつけ、技術の時代にはいるわけです。
　ここから用語の理由と定義が順序を踏み、現在も乱発され続け、事実に合う数式を作る人も現れ、大学で教わっても理解に苦しみ、理由、定義、意味、計算の仕方を、　おしえて！goo に質問として続々やってくるわけです。

　難しい理論や意味を知っていても、証明できない大元の基本があることを分別できない人がかなり多いのです。
　その人は、物理や化学は割り切れず、
いつまでも、もやの中にいる感じになるはずです。

　ありがたいことに、その、設計計算できるきっかけを作ってくれた人が居ます。英国のマイケルファラデーさんです。大変な功績なのです。
　●　それは磁力が及んでいる空間を簡単に磁界と言いますが（物理学では磁場と言います）、ファラデーさんは磁界の様子を、磁石の力の線つまり、磁力線で表現して磁界の様子を視覚的に実感できることを考えついたわけです。
　同時に、単位面積中の磁力線の本数で（別名磁力線の密度で）磁力の強さを計算できるようになりました。
　この発想で初めて磁力が及んでいる空間（磁界、物理学では磁場という）を数値表現をファラデーが可能にしました。

　磁束、磁束密度、磁界、誘磁率（透磁率）の記号と定義と関係式。磁界（物理学では磁場という）・・・。となるにつれ質問が多くなります。

　●＋と－の静電気の力も、★磁力線密度の表現に見習って、電気力線で表現し、電気力線密度で、静電力を設計し電気機械器具装置類を実現できる文明社会を実現しているのです。
　電束、電束、電束密度、電界（物理学では電場）・・・・と続きます。

摩擦電気、静電気の感電、＋－同士で火花放電して感電や火災、＋イオン－イオン、電圧、電流、電力消費、電気抵抗、インピーダンス。発電機、送電、変電所、トランス、絶縁、電線の発熱で火災、プラズマ、

などの分野になります。

●正弦波形で電界と磁界が直角に交差し、高速振動して地球を駆け巡る電磁波（光、電波、７色の光線・・の総称です）があり、この存在をラザーフオードの電気と磁気の関係を一緒の式に表現した電磁方程式は有名です。

★★あなたの質問
　どうして電界と磁界はこのように密接な関係にあるのでしょうか？
　●エルステッド教授が発見した事実があるだけで、理由も証明も何もありません。ノーベル賞博士も、中学生も、韓国も同じ暗記事項です。

★★あなたの感想
　両者の性質はずいぶんと違っているように思えます。
　●歴史的自然の事実　の発見経過と名前付けの経過で分かるとおりです。理由など有りません。聞くとしたら、この宇宙を作った自然創造の神様にお尋ねしてみて、私にも教えてください。

違って見える色分け
静電気
　＋－の静電力は、摩擦電気から発見、電圧、電流、電力、抵抗とインピーダンス、感電、火花放電、絶縁、漏電、発熱、＋イオン、－イオン、中和、電磁誘導、ＩＨ炊飯器、送電、変電所（トランス）、発電　に関する世界。

　磁気の世界は、磁石で実感できる分野です。
磁石のＮ極とＳ極、地球の北極と南極、人体の栄養素の結合動作のほとんどは、電子が回転する電流で電磁石になって結合しています。電流コイルに電流を流して電磁石にして鉄くずを集める、磁気テープ、カセットテープ、録音テープ、電鉄の改札用券、個人情報のカード、・・。ロシアの核融合装置（トカマク）、病院の、ＭＲＩ，脳を診断する脳磁計・・etc.

★★あなたの質問
両者が表裏一体の関係であることに理由はあるのでしょうか？
●エルステッド教授の実験で電流が磁針を動かした、自然造形の神の発想事実を発見しただけです。
人間の何億倍もの知識とアイデアで宇宙を作った人の現象の一つを発見しただけです。発見した人間に理由などありません。

★★あなたの質問
理由などなく、ただ自然の摂理だけなのでしょうか？

　●摂理などという、曖昧な哲学的難しいだれかが作った言葉は、私自身も理解出来ませんので一般庶民に理解しにくいと思い説明には摂理は使いません。これは人間中心にした心理用語でしょう。私たちは、神様に作られた立場です。神の発想の何億分の１も知りえていない能力の差が有ると考えた方が、具体的で分かりよいと思いますが。
　私たち人間を含め、この宇宙の自然を作ったもっと上の知恵者人つまり天地創造の神様がいて、その神に作られた人間が、神様のアイデアを突き止め、かつ利用しようと、後追いして、理由付けしていますが、その、変幻自在な連携動作は驚きで、まだその何億分の１も発見していない。と考えた方がすっきりすると思いますが。

★★あなたの質問
両者の関係については完全に解明されているのでしょうか？

　●当然解明など出来ません。私たちの言葉「自然科学」は、略して科学と言います。
　これは、●●●「自然神の作った自然現象を　後追いに次ぐ後追いして、その説明文どおり実行すると、誰がいつどこでやっても必ず同じ自然現象を再現できるし、物であれば、いつでも同じ物を作れますよ。」という暗記用の説明文を発見しようと、または言い当てようと日夜研究に励んでいる人がいて、私たちは科学者と呼んでいます。
ですから後進国でもすぐ量産できるわけです。
この暗記用説明文の集まりを、科学知識といいます。

回答No.3

natural-answer

１　自然の力は、変化をしようとするものを、止めようと働きます。
　２　自然のエネルギーは、揃っているものは、だんだんバラバラになるような方向に働きます。

　上記の１，２が働く理由は、ヨシノブ09さんが書いているとおり、自然の摂理で僕も知りません。

　電磁界は、電界が変化しようとした場合、変化しないような方向に、磁界が働きます。磁界が変化しようとした場合は、今度はこの変化を妨げようと、電解が働きます。

　この繰り返しが電磁波です。

　方向が垂直なのは、一番効率よく妨げる力が働くのが、９０度ずれた方向だからです。

　以下は、質問の趣旨と異なり、またご存知のことと思いますが、参考に記載しました。

　身近で経験するわかり易い「力」で説明すると、ボールの速度を増加させようとした場合、増加させまいと質量に比例した力が働きます。したがって、加速するためにはエネルギーを加える必要があり、いったん、スピードがでれば、このスピードは、減速することなく変化せず、等速運動を続けます。

　速度を変化させるために力を加える方向は、変化の方向と180度（考え方により同一方向）異なる方向です。

回答No.2

TTak

これは磁石を切り刻んでいったら、最後の磁石は単極か？の話題に似てますね。

電子のスピンを止めることができたら、謎がとけるかもしれません。(^^;)

回答No.1

imoriimori

「どうして電界と磁界はこのように密接な関係にあるのでしょうか？」は、
普通には、磁場は電場の（or 電流の　or 電荷のクーロンの法則の）相対論的効果の現れである。などという説明がされていると思います。つまり元々は両者同じ起源ということで、これで十分解明されているということになるんじゃないでしょうか。参考URLはいろいろありそうですが、例えばとっかかりとして
http://d.hatena.ne.jp/hoshikuzu/20050921

「完全に解明されているのでしょうか」はどの程度を完全というかでしょうけど。。。
もし、クーロンの法則がなぜ成立しなければならないのかとか、相対論はじめ諸物理法則がなぜそうなっているのか、そうなる必然性はどこから来るのか、この宇宙の法則が別の形であってなぜいけないのか、とかそこまで突き詰めると全然でしょうね。

参考URL：

http://d.hatena.ne.jp/hoshikuzu/20050921