- ベストアンサー
中学校の理科（電流）について質問です。
電流は電子の流れと理解しています。電子は負に帯電しているから、電流は－から＋極側に流れると考えたいところですが、＋極から－極に流れるとなっています。これはどのように理解するのでしょうか。 また、磁界の向きもＮ極からＳ極ということだと思いますが、これはどのように理解すればよいでしょうか。 このようなものは考え方の整合性だけが取れていればどのように考えてもよいのかも知れません。どのように考えてもよいが、”常に”そのように考えれば統一的に解釈できて矛盾がない、という理解の仕方もあるように思います（右手の法則とかいろいろ）が、先に書いたように電子の流れと解釈すると少し矛盾（マイナス電子がマイナス極側へ移動する）があるように思います。どのように理解するのでしょうか。
- みんなの回答 （9）
- 専門家の回答
質問者が選んだベストアンサー
歴史的背景があります。 電流というものはかなり昔から知られていました。 電流の単位になっているA（アンペア）はA.M.アンペール（1775~1836）にちなんでつけられています。 そのころはまだ電子なんてものは見つかってないんです。 電荷の流れだということは分かっていたと思います。 その時に、電流は＋極から－極に流れると決めてしまい、定着しちゃったんです。 電子が発見されたのはJ.J.トムソン(1856~1940)の時代で、1880~1900ごろに見つかりました。 で、その時に、電子の電荷が負であることがわかたので、負の電荷は＋極に引き寄せられるので、 電流は－極から＋極に流れるとせざるをえなかったんです。 まあ、そういうもんなんだと受け入れるしかないですね。
その他の回答 (8)
- ORUKA1951
- ベストアンサー率45% (5062/11036)
＞中学校の理科 の範疇を超えます。 ≫電荷の受ける力によって電荷が移動する現象を支配する方程式はどうなるでしょうか。やはりマックスウェルの方程式となりますでしょうか。 電荷の受ける力はマックスウェルの方程式 質量を持つものが力を受けて運動するのはニュートンの方程式 なぜ、ごっちゃにするのですか？？？ ≫ニュートンの運動方程式は”重力に関するもの”と限定されていますが、私はそう思いません。 貴方がどう思おうと勝手ですが、それで宇宙は変わりません。質量は質量に力を及ぼし、電荷は電荷にたいして力を及ぼす。電荷が直接質量に力を及ぼすわけじゃない。・・・ここ、分かってます？？？？。 ≫電荷の質量って何なんだろうという疑問も沸いてきます。 電荷が持つのは電荷であって、質量が持つのは質量、まるで「身長のもつ体重ってなんだろう」というのと一緒ですよ。 ≫マックスウェルの方程式とニュートンの運動方程式は本当に全く無関係なのでしょうか。 あなたのように混同しなかったからです。 電場の議論をするときに、それとはまったく無関係の重力場の話なんて持ち出さなかった。 アインシュタインが相対性原理で気がついて、一般相対性原理を完成させるまで、この二つはまったく別の場の話だった。 ≫その昔の科学者は両方程式について全く検討しなかったということなのでしょうか。 たぶんね。 ★まず、物理学をきちんと学んでください。でないと初歩的な話も理解できませんし、ここは大学の教室ではありません。 ★大学の物理学の教室で年月をかけて学ぶことを、安易に身に着けようとするのは間違いです。 ★啓蒙書では面白いだけで本質は理解できません。 『学問に王道』なんてありません。 あなたの問に対するすべての答えはこれで完璧だと思う。 ---よって、私からのコメントは終わりにします。---- これ以上は、あなた自身の力で 【参考サイト】 統一場理論 - Wikipedia http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%B5%B1%E4%B8%80%E5%A0%B4%E7%90%86%E8%AB%96
- apple-man
- ベストアンサー率31% (923/2913)
＞電荷は粒子ではない、ということでしょうか。 電荷は、電気を運ぶものと言う意味だけで、 粒子とは限りません。粒子に限定したい場合は 特に点電荷と言ったりします。 半導体の中では、電子と正孔（ホール）が電荷です。 プラズマの中では、プラズマ（電子が剥ぎ取られた原子、分子） が電荷です。 充電されたコンデンサーの電極の表面には電荷が 蓄積されていると表現されますが、電子１つ１つのことを 言っているわけではありません。この場合は 電子のかたより（分極）全体のことを言っています。 また、電気の量を表す言葉としても使われ、 電子の持つ電荷を、電気素量といいます。 ＞ニュートンの運動方程式の対象となり、質量、外力、加速度という概念が出てくると思いますが。どうなるのでしょうか。 ニュートンの式は、重力という力に関して作られたものです。 電磁気的な力に対して作られたのが、マックスウェル方程式 重力に対する質量が、電気的な力に対する電荷（電気量）という 関係になります。 ニュートン力学をどう応用しているかと言えば、 質量→電荷 位置エネルギー→電磁気的なポテンシャルエネルギー ＞電流は電子の流れと理解しています。 電流という概念が生まれたとき（１８世紀ころ）、 電子という粒子の概念は認められていなかったんです。 水や空気と言った流体に関する数式が先に完成して、 それを電気や磁気に応用したら使えたので、 同じように電気の流れがあると思われて、 電流という言葉が長く残りました。 ★ポイント コンデンサは普通、電気をためますが、交流 電流はとうりますよね。コンデンサの電極間は 完全に絶縁されています。電極間を 電子が飛びぬけているわけではありません。 電子＝電流 では、ない！のです。 ＞どのように理解するのでしょうか。 基本的には、対称性の原理が働いていて、区別が つかないものなんです。 ＞磁界の向きもＮ極からＳ極ということだと思いますが、 明日から北極を南極と呼ぶということにすれば、 ＳからＮとなります。 ＞電子は負に帯電しているから、 正に帯電した「陽電子」というのもあります。 ＞電子の流れと解釈すると少し矛盾（マイナス電子がマイナス極側へ移動する）があるように Ｎｏ．５のご回答にもあるように、単なる偶然です。 全世界の方の同意が頂けるなら、明日から電子の持つ電荷を プラスと呼び、電流の方向は、電子の流れる方向とすると 言い換えれば表現上の矛盾はなくなる。そんな感じ。
お礼
回答有難うございます。 たいへん、勉強になります。 以下の点について教えて下さい。 -------------------------------------------------- 質量→電荷 位置エネルギー→電磁気的なポテンシャルエネルギー -------------------------------------------------- もう１歩踏み込むならば、質量とは、すなわち質点（あるいは粒子）の質量です。では電荷は、何がその電荷を帯びているのでしょうか。 さらに、ニュートン側で加速度と言っているものに相当する概念は電気側では何になるのでしょうか。
- yokkun831
- ベストアンサー率74% (674/908)
全体として帯電していない物体において，陽子数と電子数がつりあっていて巨視的には電荷をもっていないように観測されることが，電流の向きを再定義する必要がなかったひとつの要因であると推測します。 たとえば，導体中を電流が流れるとき，確かにミクロのレベルでは電子が電位の低い方から高い方へと移動しているわけですが，一方等しい絶対値の正電荷を担っている粒子＝陽子が同数存在しているために，そのマクロな影響のすべては正の電荷をもつ粒子が高電位から低電位へと移動しているとしても何ら変わらないのです。導体に静電誘導が起こるときに，一方から他方へと電子が移動し，一方が電子不足に，他方が電子過剰になりますが，このときにも正の電荷をもつ粒子が逆に移動したとしても何の矛盾も生じません。 一般に電流は正の電荷の移動と定義されますが，電子が移動すれば見かけ上正の電荷が逆に移動していると見てよく，実際P型半導体の正孔はまさにそれに当たります。また，電解質溶液中の電流においては正負の両イオンの移動がそれを担っていますからミクロレベルで見てもまったく平等であるといえます。 身近な応用面で，電流といえば導体中の電荷の流れをさす場面が多いので，電流の向きが電子の移動方向と逆であることに矛盾を感じてしまうかもしれませんが，はっきり決めさえすればどちらでもよい問題であるといえると思います。ですから，あえて電流の向きを電子の移動方向に再定義して混乱を招くことはしなかったといえるのではないでしょうか？ 何ら本質的な利点がないのです。
- ORUKA1951
- ベストアンサー率45% (5062/11036)
≫もしそうすると、ニュートンの運動方程式の対象となり、質量、外力、加速度という概念が出てくると思いますが。 また、混同してしまっています。 ニュートンの運動方程式は、質量と質量の持つ重力に関するもの。 電荷と電荷の受ける力は、マックスウェルの方程式。 質問中に「フレミングの右手の法則」ですが、「フレミングの左手の法則」と、一見ま逆の現象を上げてらっしゃいますが、これも逆ではありません。 【参考サイト】 磁界の中での電流と力について - 教えて！goo http://oshiete1.goo.ne.jp/qa4615432.html
お礼
回答有難うございます。 ＞電荷と電荷の受ける力は、マックスウェルの方程式。 では、電荷の受ける力によって電荷が移動する現象を支配する方程式はどうなるでしょうか。やはりマックスウェルの方程式となりますでしょうか。 また、ニュートンの運動方程式は”重力に関するもの”と限定されていますが、私はそう思いません。"質量×加速度＝その質点に作用する外力"ということであり、その外力がたまたま重力であることが多いということです（地球上での現象を問題にするから）。その外力が重力でなく電荷に作用する力であってもおかしくはないと思うのですが。そうするとまた電荷の質量って何なんだろうという疑問も沸いてきます。しかし、そう考えてはいけないようですね。 マックスウェルの方程式とニュートンの運動方程式は本当に全く無関係なのでしょうか。両者とも相当古典的方程式です。相対論・量子論・大統一理論という現代物理の大道具を持ち出して極限の物理を議論する前の時点でのことです。その昔の科学者は両方程式について全く検討しなかったということなのでしょうか。
- ORUKA1951
- ベストアンサー率45% (5062/11036)
No.2で一度回答した、ORUKA1951です。 ≫電流は電子の流れと理解しています。 これは明らかに間違いです。 電流とは電荷の移動です。電子は忘れてください。 の説明、色々といわれると混乱するでしょうから、再度、この部分だけ。 電荷の移動は、水流モデルで置き換えると、異なる水面の高さの二つのタンクをホースでつないで、ホースの途中にバルブをつけたものと考えてください。 バルブを開けた瞬間に、低いほうの水面は上昇を始めます。この時点でタンクの水面が変化・・・電荷の移動・・・したので水流はあります。 しかし、もし高いほうの水が着色されていたら、赤色の水が移動したのは数センチだと・・・ 中学校で、先生が『知ったかぶり』に(失礼:でもほんとにそうだと思う)、 「電流の正体は電子で、電子はマイナスからプラスへ向かって移動している。電流の向きとは逆だ」 と説明する。ある意味、間違ってはいないけど、電流の定義＝電荷とはなにか＝を説明していない中学生に、そんな事を言うと、 ≫(電流は)電子の流れと解釈すると少し矛盾があるように思います。 となってしまう。 コンデンサなんて、電圧を掛けたとたんに電流が流れますが、電極間に電子は動いていない。 ですので、とにかく電子の移動と、電流は分けて考えることです。 なお、なぜ電子がマイナスなのか【これが正しい考え方】は、そもそも古代から知られていた摩擦電気にまでさかのぼる必要があります。 それを詳しく研究したギルバート(英)は、摩擦電気のことを、琥珀からelectricaとなずける。 その後、1733年には、静電気に２種類あって、ガラスを絹で摩擦したときにガラスに生じる電気を「ガラス電気」、樹脂を毛皮でこすった時に樹脂に生じる電気を「樹脂電気」と名付けた。 それを、フランクリンは、この２種類の電気を異なる電気ではなく、一方が他方より多いだけと説明した。一方はその電気素が「過剰」、もう一方は「不足」するということ。 ★そのとき、たまたま琥珀電気の方が電荷が多いとして「プラス」と命名した。 フランクリンは、大統領にはなってません その後、電荷を持つ粒子として電子が発見され、その電荷がマイナスだと分かりました。 単純にそういうことで、 ＞電子の電荷が負であることがわかたので、負の電荷は＋極に引き寄せられるので、【電子】は－極から＋極に流れるとせざるをえなかったんです。--【】内は訂正 は、間違ってます。電子は負電荷は電界中ではプラス側に移動する。そのため、電子が減る側は電荷が増え、電子が増える側は電荷がへる。それを電流という・・・ 電荷の担い手の一つである電子は負電荷を持っている。・・・という独立した話です。
- debukuro
- ベストアンサー率19% (3634/18947)
アメリカの大統領が電気一流大説を唱えて極性を決めたのです そして＋と－が定められたのです この大統領がベンジャミンフランクリンです これが逆転した理由はがorcus0930さんが書いておられますね
- ORUKA1951
- ベストアンサー率45% (5062/11036)
≫電流は電子の流れと理解しています。 これは明らかに間違いです。 電流とは電荷の移動です。電子は忘れてください。 １．５Ｖの電池と電球とスイッチ、1.6mmφの電線でスイッチと電球の距離を１kmにして回路を作り、スイッチをいれると一瞬にして１km先の電球は点灯しますが、電子は一秒後でも数センチしか移動していない。 電荷を運ぶものは、電子であったりイオンであったりホール(正孔)であったりします。 ≫磁界の向きもＮ極からＳ極ということだ 磁界の向きの定義は「Ｎ極が力を受ける方向」と定義されています。 ≫（右手の法則とかいろいろ） 矛盾しません。
お礼
回答、有難うございます。 電子ではなく、電荷の流れ＝電流と理解しました。この流れ（運動）ですが、電荷（粒子）の運動と言う風に理解できるでしょうか。もしそうすると、ニュートンの運動方程式の対象となり、質量、外力、加速度という概念が出てくると思いますが。どうなるのでしょうか。電荷は粒子ではない、ということでしょうか。 電磁気学の基礎式であるマックスウェルの方程式とかさらに量子論まで行くと、ニュートンの運動方程式という概念とはどうつながるのかなと思いますが。
- foobar
- ベストアンサー率44% (1423/3185)
電子は（電池の外の回路では）-極から+極に向けて流れています。
お礼
回答有難うございました。 私は特に強い口調で疑問を提示しているわけではないのです。本文に”宇宙を変える”というような文言も見られますが、そのようなことは毛頭考えていません。ただ、このことをネタに対話していただけです。 この中で私は電荷と質点を混同しているということが分かりました。これは大きな収穫でした。私の質問は言い換えるならば、なぜ、人類は電荷と質点を混同するという過ちを犯さなかったのか、あるいは、電荷と質点の間に類似性を見出そうとしなかったのかということですね。 （いくら私でも株価の変動と電子運動の揺らぎの類似性は問いませんが。電荷と質点の類似性については少しは考慮されたのではと..） 技術革新とか発見の歴史などとも関係があると思います。あるいは両者の類似性の検討があったのかもしれませんが、否定されたというところでしょうか。”物理学をきちんと勉強”したらどこかに記載されているということかと思います。量子力学創世期の物理だろうと思います。しかし、物理をどんなに”きちんと勉強”してもなぜ、ニュートンの運動方程式が成り立つか説明がありません。物理は実験データから法則性を承認して欲しいと訴えているだけですね。だから、物理のいろんな学説・法則は厳密には”...ということになっている”という言葉が付いて回るように思います。物理は究極的にはなぜという問いには答えられない。蓋然性を訴えるだけです。だから対話も終わらないのです。たいてい体力が尽きて止めちゃうわけですが。 学問には確かに王道はありません。しかし、神棚にあげてアンタッチャブルにしておくものでもありません。バカ質問には”それは100年前に完全に否定された”と笑いながら答えるものでしょう。人類が発見した数々の物理法則はどんなに冒涜しようとしても傷もつけることができない。どんなバカ質問でも涼しい顔をしているものです。 蒸し返して申し訳ないですが、釘を磁石に吸付かせる電磁気力ですが、これによって釘が空中を浮遊して移動していく現象、これは電磁気力と重力のベクトル的な和が外力ですからさすがにニュートンの方程式でしょう。元質問の主旨から逸脱しているかもしれませんが。