電場が変化すると磁場が変化する理由は？

質問

高校物理を勉強していて、電磁波がどのように伝わるのかがまるでよくわかりません。
いろいろ質問がありますが、よろしくお願いいたします。
まず磁場が変化すると電場が生じることはわかります。コイルに磁石を近づけたり放したり
すると電流が流れます。
では、電場が変化すると磁場が変化すると、何故いえるでしょうか。
例えばコンデンサーの両端に交流電源を接続すると、極板間で電場が変化します。
このコンデンサーに磁石を近づけるとどうなるでしょうか。
自分で実験しようにも危なそうなのでできませんし、教科書や参考書、ネットにもこの
実験が見つかりません。
電場が変化が磁場を生むのなら、磁石は振動するのかな？と思いますが、実際は
どうなるでしょうか。また、このことを確かめられる実験が他にあればお願いします。

あと、関係のない質問ですが、コンデンサーはノイズの除去に使われると聞きました。
交流電流に含まれる、細かい振動電流をコンデンサーに逃がしてやれば電磁波の発生が
おさえられると聞きましたが、これだとコンデンサーの極板から電磁波が発生して
しまうのではないでしょうか？

他にも質問はありますが、とりあえずこの質問のご回答お願いいたします。

回答No.2

tadys · ベストアンサー

＞電場が変化すると磁場が変化すると、何故いえるでしょうか。
物理法則は、「こんな原因が有ればあんな結果が生じます」と言う事が出来るだけです。
ですから、「あんな結果が生じるのは何故？」と言う質問に対しては「こんな事が原因です」と言うのが答えになります。
そして「こんな原因は何故？」に対しては「それが原因です」と言う風に続くだけです。
「何故こんな関係が有るのか」と言う質問に答えられるようなものでは有りません。

電場と磁場の関係で言えば、「電場の変化の原因は？」に対しては「磁場の変化です」、「磁場の変化の原因は？」に対しては「電場の変化です」となります。
この関係が正しいかどうかは実験で確認するしか有りません。

＞磁石は振動するのかな？
条件さえ整えば、振動しますよ。
どの様な条件が必要かは物理法則が教えてくれます。
コンデンサに電流を流す為には交流電流である必要が有ります。
交流電流で発生する磁場を磁石で検出するには磁石がその交流の周期で振動出来る必要が有ります。
その為、磁石は小さくて軽いものである事が必要です。
コンデンサ部分で発生する磁場とコンデンサにつながる電線部分で発生する磁場を区別する為、コンデンサの電極間の距離を長くする必要が有ります。（磁石を電線から離す為です）
この様なコンデンサは容量が小さくなるので十分な電流を流す為には交流の周波数を高くするか、電圧を高くする必要が有ります。
電圧が高すぎると絶縁が破壊されてコンデンサとしては機能できなくなります。
周波数が高いと、磁場を検出する磁石は小さすぎるものになって実現は困難です。
また、周波数が高いとコンデンサはコンデンサとして動作するよりはアンテナとなってしまい、電場／磁場は電磁波となって放射されてしまいます。
と言う風に、コンデンサに流れる電流により発生する磁場を磁石で検出しようとする試みは非常に困難なものとなります。
磁石の代わりに微小ループアンテナを使えば、検出できるでしょう。
http://www.cqpub.co.jp/dwm/contents/0098/dwm009801190.pdf

＞これだとコンデンサーの極板から電磁波が発生してしまうのではないでしょうか？
実用的なコンデンサではコンデンサの電極は狭い空間の中に密集して配置されています。
その為、発生した電磁場はコンデンサの電極内に閉じ込められるので外部に放出される電磁場のエネルギー（電磁波）はわずかなものになります。
もちろん、コンデンサの構造（例えば２枚の電極を距離を置いて配置した場合など）によっては電磁波を発生します。

お礼

ご回答ありがとうございます。よくわかりました。
微小ループで検出できるということは、ガウスメーターを使って
調べることもでしますか？ガウスメーターが振動する磁場を
検出できるかどうかが問題ですが・・・

回答No.4

tetsumyi

No.1です。
真空中に静止電荷をおいて、電磁波を当てると、電荷が電場の振動の向きに動くは正しいです。
電荷がない場合に何かが起きていることはあり得ません。
電波、電磁場に時間や距離は無く、一瞬で起きる一次元での電磁現象でしょう。
電磁波は空間を越えて直接電磁エネルギーが影響を与えていると考えるべきだと思っています。
三次元を超えた次元での現象です。
電磁波の１つである光等が何十億年も振動しながら空間を伝わって、全くぶれずに一直線に正確な情報を伝えることができるとは私には考えられません。

お礼

ご回答ありがとうございます。
星の光は私も不思議で仕方がありません。
1億光年先の星から出る光が目に見えるということは、目に飛び込んだ波動は
1億年前に星を出発したということですよね。だから星が光っていても、実際消滅して
いるものもあるのではと思ってしまいます。

回答No.3

tadys

＞微小ループで検出できるということは、ガウスメーターを使って調べることもでしますか
ガウスメータは直流の磁界を検出できますが、あまり高い周波数は検出できません。
せいぜい１００kHZでしょう。
http://www.toyo.co.jp/file/pdf/magne/pdf/LakeShore0808.pdf

微小ループでは、直流の磁界の検出は出来ません。
微小ループを商品化した「近磁界プローブ」と言うものが有ります。
こちらのものは、二つのプローブで 9KHｚ～1.3GHｚをカバーしています。
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/01816.pdf

通常手に入るようなコンデンサと電源では、リード線の影響を排除して測定する事は極めて困難です。

お礼

よくわかりました。ご回答ありがとうございます。

回答No.1

tetsumyi

電磁波の伝播でこの説明を良くしますが、私は間違いだと思っています。
電流が流れると磁場ができますが真空中を電磁波が伝播するのに電流が発生するはずは無くおかしいです。
電磁場は三次元の空間で説明できるような物ではなく、より高い次元で説明しなければ正しい理解はできないはずです。
ただ、現在科学でもこの説明はできないようです。

お礼

ご回答ありがとうございます。

＞電流が流れると磁場ができますが真空中を電磁波が伝播するのに電流が発生するはずは無くおかしいです。

すみません。難しくてよくわからないのですが、真空中で電流が流れるかどうかということですか？
真空中に静止電荷をおいて、電磁波を当てると、電荷が電場の振動の向きに動くのでは
ないでしょうか。