物理 コンデンサーについて

質問

コンデンサーの極板間で、電子の移動がなされるのではなくあくまでも導線を通して、おこなわれるんですよね？(>_<)
　そうでないと、極板でプラスとマイナスがひきつけ合ってコンデンサーに電気がたまるなんてことにはならず、移動してくっついちゃえばいいはずだから。

それなのに、静電エネルギーの考え方では極板からもう一つの極板に電場に逆らってプラス１クーロンを持ち上げたために生じるエネルギーと説明されているのはなぜですか？？

よろしくおねがいします(´・ω・｀)

回答No.1

lv4u · ベストアンサー

>>コンデンサーの極板間で、電子の移動がなされるのではなくあくまでも導線を通して、おこなわれるんですよね？(>_<)

現在の電磁気学では、「電流」の定義は、

１．通常の導線を流れる電子の流れ、オームの法則に従う。
２．ブラウン管や真空管にみられる電子の流れ、これはオームの法則に従わない。（真空管で電子工作をされていた方は詳しいはず）
３．変位電流（コンデンサーに流れる電流）として、これはマックスウエルが提唱しました。

この３つの定義がされています。なので、コンデンサについては、電子の移動がないけど、（矛盾を無くすため）「電流が流れた」ということにしようと決めたようです。
もちろん、これに納得しない専門家の方もいらっしゃるようです。
ちなみに銅線（0.5mm2)に５Ａを流すと、電子の移動速度は、ミリメートル／毎秒単位という、とても遅いものです。

>>それなのに、静電エネルギーの考え方では極板からもう一つの極板に電場に逆らってプラス１クーロンを持ち上げたために生じるエネルギーと説明されているのはなぜですか？？

この部分は、質問者さんが何に対して疑問をもたれたのか、私はよく分かりません。「導線が切れているのに、電流が流れるのはなぜ？」という疑問がおきるなら、それは分かりますが・・・。

最近入手した「コロンブスの電磁気学」という書籍では、このコンデンサの電流について、最新のオシロスコープやシグナルジェネレータを使って、詳細な実験を行ったところ、現在定説とされているコンデンサーの理論では、説明できない結果が出ています。（コイルも同様に従来の理論では説明できない結果が出ています）

物理学では、まず実験があり、その実験結果を満たすような論理を組み立てます。そのときに、「○○の方程式」とか「△△の定理」なんてのが生まれるわけです。その方程式は単純なものから、微分・積分の見慣れない記号をつかったものまで、いろいろあります。
電磁気学が生まれた当時、電気や磁気の実験は、現在と比べればとても貧弱な装置しかなかったと思います。その貧弱な実験装置でのデータに元づいて、モデル化し理論を組み立てて、現在の電磁気学があるわけです。

でも、現在は、ギガレベルの周波数も楽に扱えるようになってきましたし、レーザ光を使ったオシロのプローブなんてのもあって、その当時とは比較にならない高精度な実験が可能となっています。
それらの装置での実験結果に基づいて電磁気学（コイル、コンデンサや電流が流れることの定義等）を見直すと、質問者さんが習われているような電磁気学の理論（ファラデーの法則、アンペールの法則など）は、大きな見直しが必要になると記載されています。
いかに複雑な理論と方程式であっても、現実の実験結果を説明できないものは、実験結果をきちんと説明する理論に交代すべきでしょうね。

なお、私は、今から３０数年前の学生時代、電磁気学を学んだとき、すっきりせず、それ以降も疑問に思い続けていたことが、この書籍を読むことで、（まだ理解は十分ではないけど）かなり納得できるようになりました。

P.S.
私たちは、入門用の相対性理論の書籍で、「マイケルソン・モーレーの実験」から特殊相対性理論が生まれたような記載を目にしますが、実際には、電子が動くか、磁界が動くか、どっちを座標系にしても、同じ結果になるはずだが、当時の電磁気学は、座標系をどうとるかによって、結果に差が生まれるのが当然と思われていたようです。それを解消するために、相対性理論は生まれたみたいです。
その「相対論的電磁気学」を見ると、なんだか天動説を正当化するための、周天円理論を組み立てているように思えてきたりします。

お礼

すごい長文でびっくりしました(>_<)
わざわざありがとうございました(^-^)

ちょっとわたしの勘違いだったみたいです(;_;)

回答、感謝します