静電誘導です・・

質問

「導体の内部には自由電子があるため導体を電界内に置くと、自由電子が電界から力を受けて移動する。導体内に電界がある限り、自由電子は静電気力を受けて移動し続けるが、導体の端にたまった電荷は、今度はそれ自身が逆向きの電界をつくるようになる。こうして導体内の合成電界が0になるまで電荷の移動がおこなわれる。」の「導体内に電界がある限り」というのが・・いみがわからないのです・・どういうことなのでしょうか・・？？教えてください！！

回答No.5

eiectron · ベストアンサー

お困りのようですので、基本からお話します。次の説明でどうでしょう。
　電気は力の象徴です。昔ギリシャの町で宝石商人が琥珀を布でふいていたら、チリや埃や髪の毛を引き付けたことから、透明な力をふしぎがりまた。科学が発達した現代人でもまだ不思議がるほどです。

　琥珀をギリシャ語でエレくトリック（金星牛座のエレクトロ星の名からエレクトロンと呼んでいたと言う書もある）と呼んでいたことが分かりました。
　その後イギリスの女王エリザベス１世の侍医ギルバートが、この琥珀のふしぎな力をエレクトリスィティー（現在の電気）と名付けることを提案したと言います。

　次に、フランクリンと英国のデービーあたりで静電気に＋－の記号付けが始まったようです。

　現在は、静電気の＋－を電荷と言い、この電荷の間に働く力を静電力と言います。
　電荷が動くと電流と言い、電流の回りには、必ず磁力線が（磁力、又は磁気の力）が発生している事実が分かりました。

　異種の電荷同志（＋－）は吸引し合い、同種の電荷（一般に電気と言う事が多い）は反発しあう力を示す事は昔から分かっていました。この事は、フランクリン以前に、既に、フランスのデュフェが発見して有名です。

　そこで、物理、電気、電子、工学では、電荷からは空間に透明な力を放出しているから、電荷同志は、離れていても力を及ぼしあうのだと考えるのが、自然にかなった記憶方という事に決まりました。

　この、電荷に対してだけ動かす透明な力を及ぼす空間をのことを、物理学では、場所の場を用い、電場と言い、
　電気工学・電子工学では、世界の界を用いて、電界と呼ぶ事にしました。
　何のことはない、共に、英語のelektric field　の直訳です。

　電界の決め方の基本は、＋１の電荷を空間に置いてみて、動かされる力を、その場所の電界の著さとし、動かされる方向を、電界の方向と言います。強さと方向を合わせて、電界と言います。
　－電子は反対方向に動きますが、歴史的経過があり、基準にしません。

　押し動かされるままに線を引いたものを電気力線といい、電気力線の密度が電界の強さに一致します。
　科学者も人間ですから、この透明な力の空間に実感を持とうと、私たちが重力で経験した高さの考えを導入しました。
　＋電荷が動かされて行く方向を低い方反対方向を高い方と決め、電気の世界なので、電気的位置が高い、電気的位置が低いを考えました。
　簡単に電位が高い、電位が低い、と言い、２点間の電位の差を電位差と言う事にしました。ボルトで現わします。
　電位差は低い方から、＋1電荷を電界の力に逆らって運び上げる仕事のエネルギーで決め、距離ではありません。

　このようにして、電界を発生する電荷の場所や電荷の混み具合（一般に、求めるのは不可能なことが多い、例えば、空気中の＋イオンやーイオン、電離層・・）の存在に神経質にならず、必要な空間部分の電界を考えていく事。になりました。

　この質問の問題の結論

　電界内に置く、と言う電界は、極板に電荷を溜めて作った物（直流電界と考えましょう、交流もありうる）その中に自由電子が充満する金属（電気の良導体）を置くと、－電気の自由電子は電界と反対方向に移動し、金属の端に引き付けられたままとまる。電子群が移動して静電気の状態になった金属の＋－が作る静電界は、外から加えられている電界の方向と正反対です。
　金属の中央の空間は、外部からの電界の力と内部で分極した反対方向との間で勢力争いになります。差し引きした値になります。
　金属端にーの自由電子の集まる数が少ないと金属内（中央部分と考えてください）にはまだ差し引きして残った外部電界の力が及んでいますから、端の方まで動ける電子がいるなら、動いていって、先の電子と合流し、分極した＋－の電荷で逆方向の電界の強さがが、外部の電界と同じ力になった時、金属内（中間部分をイメージしましょう）は、外部から電界が作用し続けてはいますが、打ち消されて動かす電界の力が現れないので、他に抜け出せる電子があっても、外部電界で動かされません。
　しかし、外部電界は加えられ続けていることに変わりはありません。

　外部からの電界が消えたのであれば、金属端に集まった自由電子は、元の金属内の状態に戻り、平等に散らばる筈です。

　外部から電界が加えられていると、基本知識で説明した
様に、金属内のー電気の電子は、外部電界と反対方向に引きつけられ、＋電荷（動けたとすると）は外部電界の方向に動かす力を受け続けるものですよ。ということです。
　例としては、雷雲に溜まった静電気の電界で、避雷針の先端に電荷が移動する。　

　アンテナの金属であれば、飛んでくる電磁波の電界部分の変化に応じて振動し波長に共振することになります。

余分なことが多すぎたようです。これで終りにします。

お礼

有難うございました。とても丁寧にいろいろと教えていただいて、楽しく勉強させていただきました。すごい博識に感心するばかりです。

回答No.4

GTAC

導体として、ある厚みがある正方形の板をかんがえてみてください。板に対して上からプラス、下からマイナスの電界を加えます。
電界の加え方は、正方形の板に平行に（接触しないように）上下に電極板を置いて、直流高電圧をかけると考えてください。

正方形の板には自由電荷が均等に入っていると考えられます。
電界をかけると自由電荷は電界に引き寄せられてプラス側(上がわ）に寄って行きます。

仮想的なプラス電荷は（電子と同量の電荷）は反対側(下側）に移動します。

電界をかけ始めた瞬間は厚み方向に平行な電界が存在しますが、電界をかけて一定時間が経つとプラス側に引き寄せられた平板状の電子の集合体とマイナスがわに引き寄せられた平板状のプラス電荷の集合体にはさまれた板の厚み方向の中央部は上がマイナス、下がプラスの電界が生じます。

最初に板の上下から掛けた電界と、板の内部に生じた電界の合成電界は０になりますので、板の厚さ方向の中間は電界が無い状態になります。
電荷の層の厚みは仮想的に０ですので電荷は表面にのみ存在し、板の内部の電界は全て０になります。

お礼

ありがとうございました。御礼が遅くなって申し訳なかったです。

回答No.3

ymmasayan

No.2のymmasayanです。補足にお答えします。

＞導体内に電界がある状態、ない状態というのはどういうときのことを
＞いうのでしょうか？？

電位に傾きがあることを電界が有るといいます。
地面の例で説明します。
地面が傾いているとその上に置いた玉は転がり落ちます。地面が平らだと玉は静止します。
この例で（地点ごとの）地面の高さが電位で地面の傾きが電界です。
また玉を電子と考えてください。
正確ではないですが感じをつかんでください。

本当は地面が全部玉で出来ていて平らになるまで玉が転がりつづけると考えたほうがいいのですが。

お礼

ありがとうございました。少し分かったような気がします。

回答No.2

ymmasayan

導体内のどこにも電界がない状態が最終的な安定状態だということです。

「導体内に電界がある限り」というのは「導体内の合成電界が０でない」
というのと全く同じです。電子は電界を受けて移動しますから電界が存在する限り最終的安定状態ではないということです。

補足

導体内に電界がある状態、ない状態というのはどういうときのことをいうのでしょうか？？初歩的なことを聞いてすみません・・

回答No.1

Rossana

導体内に電界E[N／C]があると，電荷－q[C]の自由電子は
F＝－qE[N]の力を受けて移動し続けます．
すなわち，電流が流れる事になります．
なので静電界となるには金属内電界E＝0[N/C]となることが必要なのです．

補足

導体内に電界がある状態、ない状態というのはどういうときのことをいうのでしょう？？初歩的なことを聞いてしまってすみません・・