針金の曲げ伸ばし繰り返しでも電流は生じないですか

質問

金属を曲げたり、伸ばしたりしていると自由電子の分布が変わって多少なりとも電流が生じないかなと想像しているのですが・・・

回答No.8

五十嵐 正（@oh-Tokyo） · ベストアンサー

＃7 　お礼欄で疑問の：ー
「分子の振動で "原子" は振動しない？　分子の振動って何が振動？」についてです。
　　　　（#7 文中の "電子" は書間違えでした）

分子と原子は一体なので共に振動しています。しかし、自由電子の移動は起きません。
外力による熱発生と自由電子の流動作用とは、別次元の現象です。
自由電子は、「磁力」によって電流発生する場合と、「摩擦」で静電気が起き自由電子が移動して吸引力・反発力が生じる場合以外では、外部作用があっても電子が自由勝手に飛び出す現象は起きないのです。ただし、真空中(真空管内)では、かなり自由に電子変動が生じやすい状況になります。

分子の中身は、核や電子などが一組になった "原子" で構成されています。
原子１個で出来た分子もあり、金属など分子によっては10組とか20組など多数の原子で１個の分子が構成されています。
この状態で磁力が横切ると、自由電子が強制的に移動する出用が起き、それが電流の発生現象つまり発電となります。

一方、絶縁物をこすると静電気が生じ、紙の細片を吸引する現象が起きます。
これは、自由電子が静電気で移動し、マイナスの電荷が移動した箇所で帯電したままになる現象です。
金属をこすっても、金属は導電性が良いので自由電子は移動しても他の場所へ動いて電荷が中和されてしまい帯電したままにはならないので、静電気で吸引や反発する現象は起きません。

別の現象の熱雑音は、電圧発生しても微小な信号電圧の程度でして、力仕事ができるような電流量は、通常は取出せません。

回答No.7

五十嵐 正（@oh-Tokyo）

＃６お礼欄の疑問の：ー
「金属の曲げ伸ばしによる熱は、電流にはならないか？」　についてです。

金属への外力で熱は発生しますが、自由電子の移動つまり電流は生じません。
一般的に、熱は分子が振動する現象であり、分子レベルの物理的な問題です。

電流になる電子の移動は、電子レベルの電気的な現象で、他の条件で生じます。
金属の自由電子を動かす現象で、外部磁石の磁力で電子を移動させる場合です。
これが、磁石を使って電流を発生させる発電機です。

ほかに、光のエネルギーで電子を移動させる光発電素子(特殊金属・半導体類)や、
電解液と特定の金属を使ってイオン電子を取出す電池・蓄電池の類もあります。

お礼

分子の振動というのは電子は振動しないのでしょうか。分子の振動って何が振動しているのだろうと思います。金属が熱伝導率がよいことと電気の良電体であるのも自由電子の働きなのではと想像していました。

回答No.6

五十嵐 正（@oh-Tokyo）

金属では、曲げ・伸ばし・加圧で電流を発生する作用は起きません。
二つの金属間に温度差があると、電流を発生する現象ならあります。
熱電対と言って、鉄とコンスタンタン、銅と金・コバルト合金など。

一方、曲げや圧力をかけると発電する結晶体などの素材はあります。
ロッセル塩、チタン酸バリウムなどの圧電素子、別称ピエゾ素子とも。
電子ライターのカチカチ発火は、圧電素子の電圧を昇圧した火花です。

お礼

金属の曲げ伸ばしでも熱が発生すると思うのですが、これは電流にはならないのでしょうか。圧電素子という名前は知っておりました、なにもわからないので勉強してみます。

回答No.5

mdmp2

No.3 です。
交流となると話は違います。
絶対零度でなければ常に電子の熱運動に起因する電圧（電力）が生じます。
熱雑音と言います。

絶対温度T の抵抗体（導体を含む）は、
√4kTBR(V)の電圧が発生するとされています。
電力で表すと、4kTB (W) になります。
k: ボルツマン定数（約1.38×10－23 J/K)
T: 絶対温度（セ氏0度は絶対温度では273度、単位はケルビン)
B: 帯域幅(Hz)
R: 抵抗体の抵抗値(Ω)
※ ボルツマン定数の単位、J/K のJはジュール、K は絶対温度です。

熱雑音はあらゆる成分の周波数で構成され、それぞれの周波数成分の振幅は同じです。そこからホワイトノイズと呼ばれます。
昔の研究者が発見した現象で、私、凡人はその結果を利用するだけですが、抵抗体（導体も）はその絶対温度と与えられた帯域幅に比例する電力を発生しますので、「曲げ伸ばし」をすると、熱が発生し、その部分の温度が上がりますので発生する電力が大きくなります。

回答No.4

kagakusuki

自由電子だけではなく、金属の+イオンの方も同様に分布が変わる訳ですから、-の電荷を帯びている自由電子と、+の電荷を帯びている金属イオンの両方が同じ電荷の価数だけ同じ方向に動く事になりますので、両方合わせると+-0となり、電流としては流れません。

お礼

曲げ伸ばしの力学的エネルギーが熱に代わる途中でも電流の形の過程は考えられないということでしょうか。

回答No.3

mdmp2

電流が一方向に流れるということですと、「生じない」と思います。
曲げる部分を中心として、右側をA、左側をB とします。「曲げるとAからBへ電流が流れる」とどうして言えるでしょうか。条件が全く同じなので「曲げるとBからAへ電流が流れる」という主張もできると思います。よって、電流は生じない。

もしAからBへ電流が流れたとします。
電流はBの左端へ到達すると、そこから先へ行くところがありませんので、もと来た道を戻ります。（反射と言います。）金属の中で右へ行く電流と左へ行く電流が打ち消し合って、ゼロになります。よって、電流は生じない。

いろいろな考えを聞きたいですね。

お礼

なるほどですね。曲げ伸ばしに用いたエネルギーは熱となって拡散するがなぜ熱が発生するかというと、媒介しているのは電子でしょうから、微小な交流が生じているのかなんて空想してしまいました。

回答No.2

derusolu

ライターの追記です。
ジッポーや 昔の１００円ライターのような 金属にヤスリをかけて その金属粉末が 発火して 燃料であるオイルやガスに 引火させてます。
ほかに アウトドアで使う用品でも あります。
マグネシウム合金だったかと。
擬音に するとジャリジャリです。
一方で 電子ライターと呼ばれるもの の擬音は カチカチです。
ジャリジャリライターは ガスがあるのに 発火マグネシウム合金が 減って なくなると 火が つけられないと言う欠点が ありましたが 電子化できた事で ガスがなくなるまで 使えるように なりました。(笑)。

お礼

摩擦熱も電子が関係しているのだろうと思いますが、電子ライターの原理も知りたいと思いました。

回答No.1

derusolu

勘です。(笑)。
超がつくほどの ごく微量かと。
一方で ショックで 起こる電圧が 高い金属も あります。
それは 百円ライターに 使われています。
１０ミリくらいの移動衝突で 電気が 発生します。
この金属 どうでしょうか？
(笑)。

お礼

ライターは摩擦熱による火花で引火させるのではないでしょうか。