ローレンツ力、誘導起電力
今、「理解しやすい物理」を読んでいます。
その中の「電磁誘導と電磁波（第４章）」、ふるい参考書なので今は書き換えられているかもしれません。
ここに、ローレンツ力による電磁誘導の解釈というのがあります。
つまりは棒電池のはなしなのですが、
まず、導体棒の中の自由電子にはたらくローレンツ力はｆ＝evB
eは電子の電荷、vは導体棒の速さ、Bは磁場の磁束密度。
参考書にはこうあります。
「ローレンツ力を受けると、自由電子はＢ端に集まるのでA端が高電位、Ｂ端が低電位となり、AB間に電位差が生じるので、導体内部にはA→Bの向きの電場が生じる。そのため、AB間の自由電子にはB←Aの静電気力がはたらく。この静電気力とローレンツ力がつりあうと、自由電子の移動はとまる。このときのAB間の電位差をＶ（Ｖ）とすると、導体棒の中の電場は、E＝eV/ｌであるから、自由電子が受ける静電気力はeE=V/lとなる。この力とローレンツ力が等しくなるから、Ｖ＝Ｂｌｖとなる。」
ｌとはたぶん棒の長さだと思います。A、Bというのは、棒の端のことです。
文中に、「そのため、AB間の自由電子にはB←Aの静電気力がはたらく。この静電気力とローレンツ力がつりあうと、自由電子の移動はとまる」
とありますが、
ここで質問です。
ローレンツ力によって、自由電子が棒の一方の端に寄っていきます。
すると、このことで電場が生じるのはわかるのですが、
仮にローレンツ力と静電気力が釣り合うとしても、これは加速度が０になるだけなので、
なのになぜ自由電子の動きが止まるのか。
それともう一つの疑問ですが、
ローレンツ力と静電気力が釣り合うとしても、これは加速度が０になるだけで、
電子は導体棒の中を移動し続けるのですから、
そうするとさらに導体棒の端と端の電位差が大きくなり、静電気力はさらに大きくなるので、
ローレンツ力と静電気力のつり合いは一時的なものなのではないのでしょうか。
いや、そうなのかもしれないが、今度は静電気力が大きくなるので、逆の加速度が生じ、
段々と電子の速度は小さくなる。すると、電子は速度がやがて０となる。この時、
ローレンツ力は一定、それと静電気力のほうは、電子の速度が０で移動しないので、
棒の端と端の電位差もそれ以上大きくはならない。
けれど、ここでローレンツ力と静電気力は釣り合っている訳ではありませんから、今度は、
電子が逆向きに移動し始める。つまり、電子は単振動するのではないでしょうか。
と以上、推測です。
それと、直観的にはわかるのですが、なぜ、導体棒の中の電場は一様といえるのでしょうか。たとえば、棒の中の電子分布はどのようなのでしょうか。
これをわかりやすく説明できる人はいませんでしょうか。
宜しくお願いします。
お礼
回答，ありがとうございます． やはり現在では，マクスウェル方程式で結びつくということや，観測的事実から電気と磁気が結びついているということのみで，その原理的なことはわかってない，ということですね． しかしマクスウェル方程式で関連付けられるというのは，実はかなりよい説明になっているのですね，ありがとうございました．