金属に電圧を印加すれば原子核は変形するのでしょうか？

質問

こんにちは、

金属の場合、結合している力は、数100MeV以下のはずなので、それに該当する電圧を印加させれば、少しだけ原子核は変形するのでしょうか？
それとも、電子が流れるだけで、電子核は格子振動が増し変形はしないのでしょうか？

回答No.15

ahoahoaho3 · ベストアンサー

すみません。重水素だと陽子がひとつなのでシールドにはなりませんね。
申し訳ありません。でもご興味がありましたら、もっとも簡単な例として
何が起こるか考えてみても良いかもしれません。

お礼

＞あとは、金属結合がどの程度の電場まで持つのかということですね。
＞結合が壊れれば加速運動するはずです。
これは一番最初に心配した事項なのですが、発電所では１００万Vくらいでも、
アルミの金属結合が切れていないようなので、意外に金属結合は高電圧に対して
強いかもしれません。

＞ただし、原子核を球状の陽子、中性子と考えてはいけないので、シュレディンガー
＞方程式を解いて波動関数から密度分布を計算する必要があると思います。

興味はあるのですが、量子力学や場の理論になると、能力の限界を超え、それなりに
時間もかかってしまいますので、私は古典力学の範囲内で、概算の検討を続けていき
たいです。

「金属に電圧を印加すれば原子核は変形するのか？」このテーマは、ひょっとしたら、
エネルギー問題を一気に解消してしまうかもしれません。大学で研究テーマの１つに
してほしいです。

では、いろいろとお世話になりました。今後ともよろしくご指導の程、お願い致します。

補足

いつもお世話になっております。

＞また、一様電場で本当に変形しないのか考え直してみたのですが、

＞原子核の表面ほど外部の一様電場を強く受け、原子核内部の陽子ほど
＞受ける電場が弱いかもしれません。

ひょっとしたら、一様電場でも、原子核が変形するかもしれないのですね。

私は金属中で電圧を印加すれば、非一様な束縛力を受け一様電場でも、
原子核は変形するような気がします。（自由落下する水滴が変形するのと同じ理屈
です。）

しかし電圧印加によって与えられたエネルギーは、原子核の変形エネルギー以外に、
原子核の移動エネルギー、振動エネルギー等の運動エネルギー、原子核の励起エネルギ
ー、原子同士の結合エネルギー等を高めるために費やされることが予想されます。

従いまして、どのくらいの電圧で原子核が変形するか否かを、理論的に予測することは
困難ですので、まず実験により高電圧を印加して励起状態から基底状態に戻る際に、
γ線、ｎ線が出るかを確かめる実験をしてほしいですね。
この実験によって、エネルギーが原子核のどの部分にどのように使用されているのか、
検討がつくと思います。

そしてこれらを満たせば、次に電圧印加によって核分裂を誘起するか否かを実験
してほしいですね。

但し電圧印加時に一部のエネルギーが原子核の変形エネルギーに注入されると
仮定して、核分裂が誘起されるとしても、これだけの条件を満たすだけでは１個の
原子核が分裂を引き起こすだけで、多数の原子から核分裂エネルギーを有効に取り
出すことが出来るか否か不明であり、そのエネルギーを有効利用できる保証は
ありません。

核分裂を誘起させ、連鎖反応を引き起こさせるには、原子核が分裂した際、発生する
分裂中性子の数が２個以上であること、また10MeV以下の熱中性子による反応断
面積が大きいこと等の条件を満たす必要があるからです。

これらの条件をすべて満たせば、ひょっとしたら、U２３８に電圧を印加したら、
ゼロ運動エネルギーの熱中性子の吸収だけで核分裂を引き起こすことができるかも
しれません。（電圧印加によって、U２３８は、臨界エネルギーが減少して、反応
断面積も、変わるかもしれません。）
そうしますと、U２３５に比べて、無尽蔵にあるU２３８を核燃料として使用できる
ようになるため、資源の少ない日本であっても、未来永劫エネルギーについて心配する
必要はなくなるかもしれません。ただの妄想かもしれませんが、、、

(続きます。）

回答No.14

ahoahoaho3

> 金属中の原子核の場合、「束縛力＝強烈な空気抵抗と同種の力」と考えることは駄目でしょうか？

空気抵抗は気体の分子が巨大な物体にぶつかる時の力の平均なので、
物体表面のみに作用します。金属の場合は結晶構造よりも遥かに小さい
原子核に作用する力を考えるので同種とはいかないと思います。
物性物理は専門ではないので勉強しないと正確には答えられません。結晶構造のたわみによってできる電気力で支えるのでしょうけれども、
原子核の大きさのスケールでどのような電場になっているのか解かりません。非一様な電場かも知れません。

また、一様電場で本当に変形しないのか考え直してみたのですが、
陽子の作る電場によるシールドのような効果を考えなければならないかも
知れません。
原子核の表面ほど外部の一様電場を強く受け、原子核内部の陽子ほど
受ける電場が弱いかもしれません。ただし、原子核を球状の陽子、中性子
と考えてはいけないので、シュレディンガー方程式を解いて波動関数から
密度分布を計算する必要があると思います。

もし、ご興味がありましたら、陽子と中性子のみの(エセ重水素の)
強烈な電場中での井戸型ポテンシャルを
考えて波動関数を数値計算して、電場がない状態の波動関数と比較されて
はどうでしょうか？
変形の度合と必要な電場の大きさについて解かるかもしれません。

シェル模型計算もできたら良いのですが、、

あとは、金属結合がどの程度の電場まで持つのかということですね。
結合が壊れれば加速運動するはずです。

>空気抵抗で変形するケースは、(a),(b),(c)の分類のうち、どれに該当するのでしょうか？

(a)だと思います。

回答No.13

ahoahoaho3

>特に（２）の場合は、球体の一番長い赤道付近で、変形しそうな気もします。
>　　球体の一番長い長さ（赤道付近）×一様な力＞球体の一番短い長さ（北・南極付近）×一様な力　　だからです。
>しかし、「一様な電場＝ゼロ電場」の関係は、「等速度運動＝静止状態」の関係の
>ような気もするので、一様な電場では、力が働かないので変形しない気も
します。

まず、球体を細かく分けて質点の和として考えます。そして、各質点に
働く力を積分することで球体に働く力を考えます。
(2)に挙げてらっしゃる「四方八方から束縛を受けて、重心が動かない」
「一方から一様な力を受ける」の二つの力をどのように考えるかですが、

(a)「束縛力が球体の一部の質点(例えば表面)にのみ加わり」さらに
「各質点が一様な力を受ける」
(b)「束縛力が球体の表面の質点(例えば表面)にのみ加わる」さらに
「一部の質点(例えば表面)が一様な力を受ける」
(c)「束縛力が球体の全ての質点に加わり」「全ての質点が一様な力を受ける」

のうち、(a),(b)では変形しますが、(c)では全ての質点が正味として同じ
力を受けるので変形はしません。
一様電場の場合は各質点が一様な力を受けるので(b)は除外されると思います。束縛力が(a)のように一部の質点にのみ働くのならば可能性はあると
思います。

一様な力か非一様な力かにこだわっているのは、物体を変形させるには
物体の各部に向きか大きさが異なる力を加える必要があるからです。

また、一様な電場はローレンツ変換で０電場になるような系を取れます
が、その代わりに磁場が発生します。ある特定の系で物体が変形したの
であれば他の系でみても変形しますので、心配は要りません。

落下する液滴の変形は空気抵抗によるものです。これも液滴の下側と
上側で空気抵抗による力が違うから変形するのだと思います。

>(1)電圧値を時間的に変化させれば、一様電場ではなくなるのでは無いでしょうか？

前に立てられていた質問にもお答えしましたが、加速器を使うことになり
ます。原子核の大きさの波長の電波はγ線です。散乱実験で原子核の変形
を起こす現象は原子核の巨大共鳴と呼ばれています。

>（２） 一様な抵抗の金属ではなく、不純物等を混ぜて、抵抗値を変化させればどうなるのでしょうか？
>（３） 金属に電圧を印加すると、表皮効果により、廻りだけ電流が流れますが、電場にはむらが無いのでしょうか？
原子核のサイズでは一様な電場になると思います。大きさのスケールが
桁違いだと思います。でも、あまり自信はありません。

>（４） その他潮汐力を起こすような電場を、電圧を印加することで作る方法を教えて下さい。

私も知りたいです。

>風船に水を入れ、それを支える（すなわち束縛する）と、風船は重力（ほぼ一様な重力場）によって下向きに下がり変形します

上記の支える力、云々のくだりを参照ください。この場合は支えてるのは
風船の表面です。

簡単に原子核を変形できれば非常に面白いのですが、難しいです。
だから、アイデアを考える価値があるのでしょうけれど

補足

いつもお世話になります。

＞(a),(b)では変形しますが、(c)では全ての質点が正味として同じ力を受けるので変形はしません。
＞一様電場の場合は各質点が一様な力を受けるので(b)は除外されると思います。束縛力が(a)のように
＞一部の質点にのみ働くのならば可能性はあると思います。

私の支離滅裂な質問をいつも気長にご理解頂き、その上理路整然とした問題に置き換え、適切なご回答頂き有難うございます。

いつも「了解しました。」と申しながら、同じ質問を形を変え繰り返しているかもしれませんが、素人なのでお許し願います。

ここでは、「束縛力をどのように扱うか」がポイントになると思います。

＞落下する液滴の変形は空気抵抗によるものです。これも液滴の下側と
＞上側で空気抵抗による力が違うから変形するのだと思います。

地球の重力場は、ほぼ一様な重力場ですが、空気抵抗があるために、現実的には液滴は変形しています。
金属中の原子核の場合、「束縛力＝強烈な空気抵抗と同種の力」と考えることは駄目でしょうか？

そうしますと、「金属に電圧印加すると、本来原子核は変形せず加速度運動するはずですが、束縛力（＝強烈な空気抵抗と同種の力）
を受け、変形する。」と解釈すると私にとって非常に都合の良い理屈が成り立つのですが、如何でしょうか？

また、空気抵抗で変形するケースは、(a),(b),(c)の分類のうち、どれに該当するのでしょうか？

追伸

すいません、他にも色々とお伺いしたいのですが、只今高知県に出張中で、ホテルのロビーのPCからアクセスしており長居ができません。
誤字等をお許し願います。ただし、このお返事はホテルの部屋で５時間考えたものです。

回答No.12

ahoahoaho3

>（１）「近くにある反対電荷のクーロン力が作用した場合」
>（２）「クルックス管の中で、負の電圧を受けた場合」
>の力が作用した場合、どちらの力によるものか？区別はつくでしょうか？

クーロン力の場合は力が距離の二乗に反比例します。
負の電圧を与えた場合はその電場の分布によって受ける力は異なります。
クルックス管に電圧をかけた場合はクーロン力とは違う電場になりますから区別できるでしょう。
しかし、仮に点電荷のつくる電場と同じ電場を与えるような電圧をクルッ
クス管にかけた場合は区別できません。

電場分布が同じであれば区別できませんが、異なれば区別できます。

潮汐力を起こすような電場を電圧を印加することで作れますか？
という問題です。

お礼

お世話になっております。

＞ハイスピードカメラで落下する水滴を見たら、楕円体に変形していたような記憶があります。

すいません。自由落下する水滴は、自身は無重力状態になっているので、空気抵抗を無視すると全く力はかかりませんので、楕円体に変形するはずがなかったです。

一様な電場ですが、ひょっとしましたら、我々の住む重力場と、置き換えて考えても良いのではないでしょうか？厳密には異なりますが、弱い重力場なので、一様な場として考えても問題ないのではないでしょうか？

そうしますと、風船に水を入れ、それを支える（すなわち束縛する）と、風船は重力（ほぼ一様な重力場）によって下向きに下がり変形します。移動はしません。
同様に、金属中の原子核は、一様な電場の中で変形するのではないでしょうか？

間違っていましたら、ご指摘頂きましたら幸いです。

補足

お世話になっております。

＞しかし、仮に点電荷のつくる電場と同じ電場を与えるような電圧を
＞クルックス管にかけた場合は区別できません。
＞電場分布が同じであれば区別できませんが、異なれば区別できます。

私の考えが正しくないことを理解しました。ありがとうございます。

＞潮汐力を起こすような電場を電圧を印加することで作れますか？
＞という問題です。

潮汐力にこだわっていましたが、一様な力を加えた下記のような場合、本当に変形しないでしょうか？

（１） ある立方体に四方八方から束縛力を受けて重心が移動できない状態で、一方向から、一様な力を加えたとき
（２） ある球体に四方八方から束縛力を受けて重心が移動できない状態で、一方向から、一様な力を加えたとき
（３） 丸い水滴が、等速度運動しながら、空から降ってきたとき。

（３）の場合は、移動するだけで、形は変形しないと思いますが、
特に（２）の場合は、球体の一番長い赤道付近で、変形しそうな気もします。
　　球体の一番長い長さ（赤道付近）×一様な力＞球体の一番短い長さ（北・南極付近）×一様な力　　だからです。
しかし、「一様な電場＝ゼロ電場」の関係は、「等速度運動＝静止状態」の関係の
ような気もするので、一様な電場では、力が働かないので変形しない気もします。

一様な電場は、ある等速度運動する観測者から見ると、ゼロ電場と同様に見えるのでしょうか？
（特殊相対論的に「一様な電場＝ゼロ電場」で区別できないのでしたら、
上の問題は、変形しないものとして諦めます。）でも、
異なるような気がします。

一様電場から受ける力は、F = q*Eです。一方、F = m*aという式もあります。
上手く表現できませんが、金属の一様電場中で原子核は動かないですが、
一応加速度運動しようとするのでは無いでしょうか？そうすると、
（３）のように等速度運動しないので、加速を受け水滴は運動方向に
変形するような気もします。（ハイスピードカメラで落下する水滴を見たら、
楕円体に変形していたような記憶があります。これは潮汐力による
変形ではないはずです。ブラックホール内では潮汐力が無視できません
ので話は別ですが、、）

次の疑問点ですが、一様な電場で、原子核が変形しないで、全体的に
移動する場合ですが、金属結合等が切れなければ、原子核は、電圧を
印加する方向と垂直方向に変形することも考えられるのでしょうか？
水の入った風船を壁に投げつけて変形したときのような状態（＝縦長）
になるのでしょうか？

＞潮汐力を起こすような電場を電圧を印加することで作れますか？
＞という問題です。
これは重要な問題です。作れるのでしょうか？
例えば、

（１） 金属に一定の電圧を印加させることばかり考えていましたが、
電圧値を時間的に変化させれば、一様電場ではなくなるのでは無いでしょうか？交流の電圧を
　　　　印加すれば、電場も変化するのでは無いでしょうか？
　　　　交流の波長を原子核程度の大きさにすれば、原子核は電場の変動
を感じるのではないでしょうか？（実際に作るのは別の問題としまして、
作れた場合の話です。）

（２） 一様な抵抗の金属ではなく、不純物等を混ぜて、抵抗値を変化させればどうなるのでしょうか？
（３） 金属に電圧を印加すると、表皮効果により、廻りだけ電流が流れますが、電場にはむらが無いのでしょうか？

（４） その他潮汐力を起こすような電場を、電圧を印加することで作る方法を教えて下さい。

すいません。いろんな可能性を考えうる限り質問しました。支離滅裂で申し訳ございませんが、悩んでおりますので、よろしくお願いいたします。

回答No.11

ahoahoaho3

No.10の者です。

>この原子核と電子は、引力（クーロン力）による潮汐力で原子核は
>間違いなく変形するでしょう。

色々と条件がつきますが、変形する可能性はあると思います。
(a)クーロン力は非常に弱いので電子一個程度の電荷では変化は
　　測定不可能(10^6倍エネルギーが違います)

(b)電子がS軌道にいる限り、電子は軌道球面全体に存在するので潮汐力
　は作らない。P軌道の特にPx,Py,Pzのいづれかの軌道に入っている電子
　ならば、可能性はあるかも知れません。普通はPx,Py,Pzどの状態も許さ
　れるので、量子的に混合した状態(Px,Py,Pzすべてに存在する状態)にな
　ります。この場合は結局空間的に等方なので潮汐力はできません。

(c)通常の原子核は多数の電子を従えており、特定の方向に電子が偏在する
　状態は考えづらいです。ここは専門ではないので、他の方に伺った方が
　よいかもしれません。

（１）「電磁力」すなわちクーロン力であることがわかります。
了解です。

２）次に、原子核が電磁力（引力）を受けたとわかったので、「近くにある反対電荷のクーロン力による引力によるものか」「電圧を受けた場合の引力によるものか」を考えたのですが、その違いはわからないのでは無いでしょうか？（電磁力は1種類しか無いので）

すみません。理解しかねます。力の分類上、電磁力は一種類ですが、
力の原因は区別するべきだと思います。電圧を印加しなくても受けて
いる力と電圧を印加したことによって生じる力は区別できます。
No.10にも書きましたが、電圧を印加しても一様な電場を作るだけで
潮汐力のような効果は得られないのではないでしょうか？
おそらく、ここが最大のポイントだと思います。

お礼

屁理屈に近いことを申しましてすいません。

＞電場(電圧の勾配)が変化するかを考えるべきだと思います。電場は変わりますか？

問題は、ここにあります。自分で、よーく考えてみます。

補足

お世話になっております。
＞電圧を印加しても一様な電場を作るだけで
＞潮汐力のような効果は得られないのではないでしょうか？
＞おそらく、ここが最大のポイントだと思います。
最大のポイントであることは、前からご説明頂いておりますので、
了解しております。ン～辛いです。

＞力の原因は区別するべきだと思います。電圧を印加しなくても受けて
＞いる力と電圧を印加したことによって生じる力は区別できます。

すいません。書き方を変更します。下記の場合、区別はつくでしょうか？
金属中の話は、複雑なので一旦置いておきます。
真空中に、裸の原子核がある場合です。
真空中の裸の原子核に、
（１）「近くにある反対電荷のクーロン力が作用した場合」
（２）「クルックス管の中で、負の電圧を受けた場合」
の力が作用した場合、どちらの力によるものか？区別はつくでしょうか？
（原子核自身は、廻りが見えないとします。エレベータの中で、重力と加速度の
違いを区別する思考実験と同様です。）

私は、この引力の原因は、どちらによるものか区別がつかないと思います。

次に金属の場合ですが、金属中では、「近くにある反対電荷のクーロン力が作用した場合」はありえません。静電遮蔽によって、金属の中まで、クーロン力が及ばないためです。

しかし、真空中の裸の原子核に、電磁力による上記２つの引力の違いがつかなければ、
金属中でも、「電圧による引力」＝「反対電荷のクーロン力による引力」となり、
「反対電荷のクーロン力による引力」→「潮汐力により変形する」ことにはならないでしょうか？

＞電圧を印加しても一様な電場を作るだけで
電子の場合はそうかもしれませんが、原子核の場合は電子のように移動しませんし、向きも反対です。そうとも限らないのでは無いでしょうか？

、、、もっと調べて考えてみます。

回答No.10

ahoahoaho3

No.9 の者です。

> で、抵抗Rは長さに比例するからです。すなわち長さによって、電圧が変わるということです。

電荷に働く力は電場に比例するはずです。 F = q*E ですから、電圧が原子
核の左右(上下)で変わるかどうかではなく、電場(電圧の勾配)が変化する
かを考えるべきだと思います。電場は変わりますか？

お礼

すいません。記入するところがないので、ここに書きます。

＞電場(電圧の勾配)が変化するかを考えるべきだと思います。電場は変わりますか？

金属に一定の電圧を印加させることばかり考えていましたが、電圧値を時間的に変化させれば、一様電場ではなくなるのでは無いでしょうか？（素人考えかもしれませんが、、）

その他、金属中で場所によって、電圧値にむらを作れば、一様電場ではなくなるのでは無いでしょうか？

金属に電圧を印加すると、表皮効果により、廻りだけに、電流が流れますが、電圧はむらが無いのでしょうか？

その他、一様電場から逃げる方法を教えて下さい。

補足

お返事ありがとうございます。

＞電荷に働く力は電場に比例するはずです。 F = q*E ですから、電圧が原子
＞核の左右(上下)で変わるかどうかではなく、電場(電圧の勾配)が変化する
＞かを考えるべきだと思います。電場は変わりますか？

正直申しまして、電気学は、電圧、電位、電位差、電場とかいろんな似たような
同じようなものがあり、理解していても直ぐに解らなくなり嫌になります。

そこで下記を想像しました。
地球の大きさの原子核（プラス電荷）と、月の大きさの電子※（マイナス電荷）が
あるとします。この原子核と電子は、引力（クーロン力）による潮汐力で原子核は
間違いなく変形するでしょう。
次に原子核自身が何らかの引力を受けた場合を考えてみます。その引力は何かわからないとします。
（１）少し考えてみると、その引力は「重力」「電磁力」「弱い力」「強い力」の４つの候補しかなく、変形の度合い等から、「電磁力」すなわちクーロン力であることがわかります。
（２）次に、原子核が電磁力（引力）を受けたとわかったので、「近くにある反対電荷のクーロン力による引力によるものか」「電圧を受けた場合の引力によるものか」を考えたのですが、その違いはわからないのでは無いでしょうか？（電磁力は1種類しか無いので）
（３）すなわち「電圧を受けた場合の引力によるもの」＝「近くにある反対電荷のクーロン力による引力によるもの」になるので、原子核は、引力を受けると、クーロン力に
よって変形すると考えます。

※電子は点電荷なので大きさはありませんが、大目に見て下さい。

回答No.9

ahoahoaho3

No.8 の者です。

> 過去に金属に電圧をかけて、γ線がでることを測定した実験は無いので
しょうか？

すみません。調べたことはありません。電源が大変だと思います。
また、ジュール熱も凄そうですね。

> すると、陽子のプラス電荷（原子核）は具体的にどのような形でエネルギーを、持つのでしょうか？

あまり、フォローできていないのですが、原子核が変形したときには
変形のためのエネルギー(励起エネルギー)になると思います。
お答えになっているか分かりませんが、、

> 月の潮汐力で、地球の海面が上昇しますが、赤道付近では一番高く、北極、南極では
ほとんど上昇しません。

潮汐力は月に近い側と遠い側とで引力の大きさに違いがでるために
生じると思うのですが、今の一様電場の場合には原子核の各部位に
同じ力が働くので潮汐力とは違うと思うのですが。
一緒に考えてください。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%BD%AE%E6%B1%90%E5%8A%9B

>交流をかけたら、共振を利用して、更に少ない電圧で変形させることは
出来ないでしょうか？

すぐには分かりませんが、共振のエネルギーは　MeV オーダーになるので
電圧としては得しない気がします。

ちょっと、議論が分散してきていますので、変形するかどうかに
的を絞り直した方がよろしいかと思います。

補足

お世話になっております。

＞潮汐力は月に近い側と遠い側とで引力の大きさに違いがでるために
＞生じると思うのですが、今の一様電場の場合には原子核の各部位に
＞同じ力が働くので潮汐力とは違うと思うのですが。

金属の両端に１００Vの電圧をかけた場合、両端（左端と右端）で測定すれば１００V
ですが、中央と右端では１００Vではなく、抵抗分だけ電圧降下により減っている
はずです。
V=I×R
で、抵抗Rは長さに比例するからです。
すなわち長さによって、電圧が変わるということです。
ということは、右端に近い程、力が強く働くので、
潮汐力と同様、右端（月）に近い側と遠い側とで引力の大きさに違いがでるために
各部位によって（赤道付近程強く、北・南極程弱く）違った力が働くのでないでしょうか？（この話は電子のものです。電子は大きさがありませんし、束縛されてなく電流
として流れるので、変形はしませんが、）

次に原子核の場合ですが、電子と運動方向と力の向きが逆向きになります。
本来、抵抗の無い真空中で電子に電圧をかけた場合、電子は金属中とは違い一定速度
で運動するのでは無く、加速度運動をします。（金属中を運動する電子の場合、格子
振動や格子欠陥、不純物等にぶつかり、等速度運動していますので、一様電場とかの
話になり、問題が複雑になるではないかと思います？）
月と地球の重力の場合も、物体をその重力場に置くと加速度運動をします。すなわち、電圧をかけるということは、加速度運動をするので、月と地球の重力の場合と同様に
取り扱ってよいのではないでしょうか？
月と地球も束縛されていて、ほとんど固定されていますし、金属中の原子核もある
程度、束縛され固定されています。状況は同じようなものでは無いでしょうか？
よって、潮汐力と同様、右端（月）に近い側と遠い側とで引力の大きさに違いが
でるために各部位によって（赤道付近程強く、北・南極程弱く）違った力が働くので
ないでしょうか？（理屈が通ってないでしょうか？）

下記は、潮汐力による変形を、ルジャンドル展開式を使って計算した
mathematicaプログラムです。（自家製です。潮汐力自体の計算にはメリットが無いかもしれませんが、原子核の液滴計算には必要かもしれません。変形したらの話ですが、、、）
重力の場合、月や地球のような強大な量を要しますが、クーロン力の場合は
まあまあの量があれば、変形しそうです。この計算には、月の半径は不要で関係
ありませんでした。

(*Ea:地球の質量 M:月の質量 e1,e2:地球の半径 R:地球-月の距離 *)
M=1;(*適当に入力*)
Ea=1;(*適当に入力*)
e1=1;(*適当に入力*)
R=1;(*適当に入力*)
e2=1;(*適当に入力*)

Print["(*潮汐力による変形*)"];
ParametricPlot[{{r=3/2*M/Ea*(e1/R)^3*e2*(Cos[q]^2-1/3)+e2;r Cos[q],r Sin[q]}},{q,0,2Pi},AspectRatio®Automatic];

Print["(*ルジャンドル展開式*)"];
{r0,a1}={e2,a1=(e1^3*e2*M)/(Ea*R^3)};
ParametricPlot[{{r1=r0+a1*LegendreP[2,Cos[q]];r1 Cos[q],r1 Sin[q]}},{q,0,2Pi},AspectRatio®Automatic];

＞調べたことはありません。電源が大変だと思います。
＞また、ジュール熱も凄そうですね。

ご存知ないということは、「金属に電圧をかけても原子核が変形しない」という
物理界の常識がない＝検討する価値はある。と言うことですね。期待を持ちました。
発電所では、アルミに（100万V＝１MV）くらいの電圧をかけているみたいです。
あと１桁か２桁くらい電圧を上げると、ひょっとしたら、γ線が出るかもしれませんね。

＞ちょっと、議論が分散してきていますので、変形するかどうかに
＞的を絞り直した方がよろしいかと思います。

すいません。了解しました。よろしくご指導願います。

回答No.8

ahoahoaho3

>しかし金属中の原子核は、四方八方から束縛されていますので、
>全体的な電場方向の移動は限りがあるはずです。その分を移動
>してしまえば、後は電場方向に長細く変形するのでは無いでしょうか

金属中の原子核を束縛する力も電気力ですので、陽子にのみ作用します。
中性子に働く力ではないので、原子核を変形するために必要な力にはなら
ないと思います。

>原子核が変形するか、しないのか、それに何の意味があるのか？

いえ、思考実験として面白いので一緒に考えさせて頂いてます。

＞原子核が変形したと言うことをどのような方法で調べるのでしょうか？

原子核が変形した場合、元の形に戻るときに励起エネルギーに対応する
γ線がでるはずです。また、原子核が破砕した場合は中性子がでるはず
なので、これらのγ線や中性子を測定すればよいと思います。

補足

お世話になっております。

＞原子核が変形した場合、元の形に戻るときに励起エネルギーに対応する
＞γ線がでるはずです。また、原子核が破砕した場合は中性子がでるはず
＞なので、これらのγ線や中性子を測定すればよいと思います。

そうですね、もし仮に変形すると想定した場合、核分裂するまで変形させる
必要はないですね。金属に電圧をかけて、γ線が出ることを測定すれば
良いですね。
過去に金属に電圧をかけて、γ線がでることを測定した実験は無いので
しょうか？（金属に電圧をかけただけで、γ線が出るはずが無いという常識が
あるのでしょうか？）

金属に電圧をかけると、エネルギーを注入することになるはずですが
「電荷に関して中性の物質全体としてみれば、当然エネルギーは全く得られないはずです。
電子と同じ数だけのプラスの電荷を持った陽子が有りますので、マイナス電荷の電子が
得るエネルギー分を陽子のプラス電荷が失いますので、相殺してエネルギー利得は有り
ません。（とQNo.3071928　 ANo.3　で専門家の方が言われています。）」
すると、陽子のプラス電荷（原子核）は具体的にどのような形でエネルギーを、持つのでしょうか？

＞金属中の原子核を束縛する力も電気力ですので、陽子にのみ作用します。
＞中性子に働く力ではないので、原子核を変形するために必要な力にはなら
＞ないと思います。

＞原子核の各部位に大きさか向きの異なる力を加える必要があると思います。

月の潮汐力で、地球の海面が上昇しますが、赤道付近では一番高く、北極、南極では
ほとんど上昇しません。原子核の形は、球なので、一様の力をかけても、変形する
のでは無いでしょうか？

もし仮に変形すると想定した場合、一様な静電場ではなく、変動する電圧、すなわち、
直流ではなく、交流をかけたら、共振を利用して、更に少ない電圧で変形させることは
出来ないでしょうか？（質問がばらばらですいません。）

回答No.7

violet21

重要なのは電圧[V]ではなくて、電場[V/m]ですね。電場が大きく見えても、原子核の大きさにおいては、ほとんど電位は無くなりますので、核力に匹敵する力を持つ電場を生じさせるなんて、通常の静電場では無理でしょう.

補足

お返事ありがとうございます。

＞重要なのは電圧[V]ではなくて、電場[V/m]ですね。

そうでしょうか？
仮に1個の原子核を変形させるのに必要なエネルギーを
k1 MeVとします。ある金属中の原子核の数を、ｎ個としますと
金属中の原子核を変形させるのに、全体で必要なエネルギーは
n×k1 MeV
となります。
静電場で、ｓ(V)を印加させると、原子番号をZとすると
原子核1個あたりの電荷はZeなので
n×Ze×s (V)
すると
n×k1 MeV= n×Ze×s
従って
s= k1 M/Z (V)
になるので、重要なのは電圧[V]ではないでしょうか？

＞電場が大きく見えても、原子核の大きさにおいては、ほとんど電位は
＞無くなりますので、核力に匹敵する力を持つ電場を生じさせるなんて、
＞通常の静電場では無理でしょう.

では、例えば、10^50(V)ぐらいが仮に金属に印加できれば、原子核は
変形するとお考えでしょうか？その前に金属結合が切れることは無視
するとして、、、

回答No.6

ahoahoaho3

ご理解いただいていると思いますが

金属に電圧をかけて原子核が電場を感じるか

という問題と

一様電場に原子核を浸したときに原子核が変形するか

という問題は別の問題です。No.5 は後者に関しての補足です。
私には後者の問題の方が単純で考えやすかったので回答させて頂きました。質問者さんの No.5 に対するご返答から、原子核に電場をかけることができたとしましょう。

陽子と中性子のうち陽子のみが電場を感じ電場の方向へ動こうとします。
しかし、中性子は電場を感じませんし、また中性子の位置を固定しようとする摩擦などはありません。陽子と中性子は核力により強く引き合っていますので、陽子が移動すれば中性子も同じ方向に移動するので原子核の変形はおこらないと思います。

お礼

すいません。
＞もし原子核が変形したのなら金属全体が幾らか伸びるのでしょうね。

原子核の大きさって、廻りを囲んでいる電子の軌道半径の10＾（-8）倍（？）なので、変形しても、金属の形はやっぱり変わらないでしょうね？

補足

お返事ありがとうございます。

＞陽子と中性子のうち陽子のみが電場を感じ電場の方向へ動こうとします。
＞しかし、中性子は電場を感じませんし、また中性子の位置を固定しようとする摩擦
＞などはありません。陽子と中性子は核力により強く引き合っていますので、陽子が
＞移動すれば中性子も同じ方向に移動するので原子核の変形はおこらないと思います。

この場合は、原子核全体が移動しますので当然変形はしないでしょうね。
しかし金属中の原子核は、四方八方から束縛されていますので、全体的な電場方向の
移動は限りがあるはずです。その分を移動してしまえば、後は電場方向に長細く変形
するのでは無いでしょうか？私のイメージとしては月の潮汐力によって地球の海水が
引き付けられるような感じです。変形の計算式もそのようになると思います。

追伸
ANo.1さんのように
＞原子核が変形したと言うことをどのような方法で調べるのでしょうか？
と、原子核が変形するか、しないのか、それに何の意味があるのか？
と思ってられるかもしれませんね。
今のところ、電圧を印加して金属中の原子核が変形するか否か不明ですが、
もし、仮に変形するとなると大発見になると思います。

例えば、4000万VでCu金属中の原子核が、分裂するかもしれませんし、
またU238金属が7000Vで臨界状態になり、熱中性子の吸収で分裂するかもしれません。

莫大なエネルギーが比較的簡単に取り出せるので、是非変形してほしいのですが、
何とか成らないでしょうか？（空想のし過ぎでしょうか？それとも妄想でしょうか？）

＞原子核が変形したと言うことをどのような方法で調べるのでしょうか？
もし原子核が変形したのなら金属全体が幾らか伸びるのでしょうね。
しかし金属全体が幾らか伸びるまで電圧をかけると、その後すぐに分裂する
ような気がします。その前に金属結合が切れるかもしれませんが。

すいません。少しの間、広島に出張しますのでお返事ができません。
悪しからずお許し願います。

回答No.5

ahoahoaho3

すみません。言葉足らずでした。

>物体を時間変化しない力で変形させるには、大きさか向きの異なる
>力を加える必要があります。

原子核の各部位に大きさか向きの異なる力を加える必要があると思います。

補足

お返事ありがとうございます。

この問題は真剣に考えていますので、眠れません。
下記を考えました。如何でしょうか？
例えば、ある金属に高電圧をかけ、自由電子を流しながら、
一方で、その金属にエネルギーの高い光を当てて、光電効果
により、自由電子を抜いていくと、最後には流れる自由電子が無くなり
絶縁体に近い状態になるはずです。
この場合、自由電子が流れることにより、金属中に電場を
作らないように出来なくなるので、少なくともこの場合には
原子核は変形するのでは無いでしょうか？