電磁波を照射した銅の起電力の原理について

質問

私は、無線などで使用している
ループアンテナなどの
銅線が何故、電磁波を捉えるか

その原理を知りたいのですが
どなたかご回答していただけませんか？。

電磁波の影響により、銅が起電力を発生させ
電流を発生させるのがその原理だと
聴いたことがあるのですが、
詳しく知りたいので
原理とそのことが書かれた
書籍などの紹介をしていただけると
大変助かります。

回答No.2

foobar · ベストアンサー

アンテナでもタイプによってちょっと捉え方が変わってくるかと思います。
（大元の原理は同じなんでしょうが）

AMラジオのアンテナのように、電波の波長（AMのラジオ放送だと大体数100m程度）に比べて十分小さいループ状のアンテナでは、電波に伴う磁界の変動を拾い上げている、とみなしてよいようです。（これは＃１さん回答で細かく説明されています。）

もひとつ、VHFテレビのアンテナのように、波長（テレビだと大体数m）程度の長さの棒を置く場合には、もうちょっと違う説明が必要かと思います。（アンテナの棒の上で、電圧や電流が場所によって変わるような状況なので）
こういう長い棒は長さに対応した周波数で電気的な共振をおこします。（ちょうど、弦や音さの共振のような状況。）で、電波の飛んでる中に共振周波数が合っている棒を入れると、共振が起きて、電気振動が誘起します。（音がしている中に、共振する音さを入れると、音さが振動するような状況）。この誘起された電気的な振動を拾い出しています。
大雑把には、こんなところでしょうか。

お礼

foobar　様

ご回答ありがとうございました。

アンテナの違いが

大変よく分かりました。

また、何かあったときは

是非宜しくお願い致します。

回答No.1

joshua01

こんにちは。
　これまた難しい質問ですね。それ故なかなか回答も集まらないようで。
　本来は大変に奥深い問題で、そうなれば、質問者さんの現在の知識は不明ながら、簡単に表現することが困難なのですが、ひとまず、次のような回答ではいかがでしょう。
ポイントとしては、「磁力があれば電気が起きる！電波は、“磁力と電気力の助け合い”で遠くまで飛ぶ」

　質問者さんは、「電波は何か特別なもの」とお考えでしょう。だからこそ、電波が当たってどうやって銅の線（アルミでも鉄でも同じですが）に電気が起きるのか疑問・・・
　残念ですが、私もこれを簡単にうまく説明した書籍を知りません。高度な本は極めて高度で・・・（一応専門家の）私でも難解！

そこで、次のような説明で何とか納得できませんか。

(1)　まず、「電磁誘導」を理解（というよりテキトーに納得）していただきましょう。
　電池に豆電球をつなげば電線や豆電球に電気が流れるのはご理解ですよね。本来はこれだけで相当に難しい問題ですが、まあ、現実に利用している知識（いわばそういうものだという“丸暗記型”知識）としてご理解でしょう。
　もうひとつ、電気が流れている電線の回りには磁力（磁石の力）が発生しているのもご存じでしょうか。豆電球の電線では釘を引きつけることもできませんが、方位磁石はわずかに反応しますし、電線を何百回もぐるぐる巻きにする（コイル）と、釘を引きつけることもできます。（電磁石ですね）
　さて、他方で、磁力から電気を作ることが出来ます。
　これは「磁石を電線に近づけたときと、遠ざけたときにその一瞬だけ電線の両端をプラスとマイナスとする電気が発生」するのです。
　当然、単純な装置では豆電球をつけることもできませんが、これまたコイルを作ってその近くで高速で磁石を動かすと、電線の両端に電気が起き、豆電球を点灯させることが出来ます。自転車の発電機は磁石をぐるぐる回すことで近づけたり遠ざけたりしたのと同じ効果を得ています。（電気を連続して発生するには、電線に加わる磁力は常に変動している必要があります）
これで、ひとまず、次のように無理矢理ご納得いただきましょう。
「電線で作った“アンテナ”の回りには、強さの変動する磁力が加わっている。その結果、電圧が発生する」
（発電機とアンテナが同じものとは納得出来ないかも知れませんが、実際にラジオ放送局の近くに長い電線を張ると、ランプを点灯させることができ、さわると感電することもあります。また、電線は電気を通すものならアルミでも鉄でもかまいません。）

(2)　次に、「電波」をこれまたテキトーに理解していただきましょう。
　実は、豆電球のスイッチを入れた瞬間と切った瞬間、一瞬ずつ「電波」が生じています。
　豆電球のスイッチを入れると、電線に電流が流れ、それによって磁力が生じます。
　電線の周辺に注目すると、「なかった磁力が急に発生した」ことになりますので、いわば、「磁石が近づいて来た」ことと同じです。現に、豆電球につながった電線の近くにもう1本の電線を置いて、その両端に高感度の電圧計をつなぐと一瞬だけ電気が発生したのがわかります。さらに、スイッチを切るとまた一瞬だけ電気が発生します。これは、磁石を遠ざけたことと同じですね。
　実は、このような現象は近くに電線がなくても発生し、連鎖を起こします。スイッチを入れると、磁力が発生し、周辺に電圧（電界）が誘起され、それがまた磁力を発生し、それによりまた電圧が・・・いわば電気力と磁力の助け合いです。
　この現象はマクスウェルという人が、単純な実験の結果を数式として整理する中から見つけ出しました。スイッチを入れたり切ったりするだけで、電気と磁気が助け合い、弱いながら遠くまでエネルギーが飛んでいく。そして、電線にぶつかると、「発電」されて、電圧として現れる・・・。
　後に「電波」（電磁波）と呼ばれるこの現象を、彼は結局、実験での成功を見ないまま亡くなりましたが、その数式に間違いが見つからないことから、後に多くの人が挑戦し、ヘルツという人がついに成功したのです。
（携帯電話も、回路をたどれば実は電池とスイッチにほかなりません）

さてさて、すっかり長くなってしまいましたがいかがでしょうか。
質問者さんの疑問に合致しているかどうかわかりませんし、ちょっと正確ではない表現も混ざっていますが、基本的な理解の上でお役に立てば幸いです。

（なお、なぜ、“磁力が変動すると電気が生じるか”は、とても難しく、いわば「電気はなぜ流れるのか（プラスとマイナスはなぜ引き合うか）」や、「なぜ世の中には重力（引力）が存在するのか」くらいの難しさで、私にはちょっと説明できません・・・）

お礼

joshua01様へ

完璧なご説明

本当にありがとうございました。

私のような知識不足のものにも

本当によく理解することが出来ました。

joshua01様のような方がいらっしゃって

本当に感謝させていただいております。