2011-10-07

シリーズ 超極小『素粒子』の世界5 ~「電磁力(電磁波)」って何? ①~

こんちは~~~ Ka-Syunです。
四つの力の内、前回取り扱った「強い力・弱い力って何?」に引き続き、三つ目の「電磁力(電磁波)って何?」に迫って行きたいと思います。
ますは~、【電磁力】を【電気力】と【磁力】に分けて~っと、電気力に関わるお話からスタート!!!
陽子はプラスの電荷を持ち、電子はマイナスの電荷を持っているということは、みなさんもご存知かと思います。ところで【電荷】って何?
【電荷】
電荷は電子や陽子等の素粒子のもつ性質の1つです。これらの粒子がなぜ電荷を持つのかは不明ですが、電子はマイナス(-、負)の電荷、陽子はプラス(+、正)の電荷を持っています。
ってことらしいのです。しかし、「粒子がなぜ電荷を持つのか不明」はないでしょ。そこが知りたいのに、と思われている方が多いと思いますので、今後、“超極小『素粒子』の世界”を追求する中で明らかにしていきたいと思います。・・・・・*1
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画像は、リンクからお借りしました。
【電気力】
さらに
電荷は互いに引き付けあったり、反発したりしますが、これはプラスとマイナスと異なる電荷間には引き合う力(引力)が働き、プラスとプラス、マイナスとマイナスの電荷間には反発する力(斥力)が働くからです。この力を電気力と呼んでいます。
「強い力、弱い力、電磁力、重力」の四つのそれぞれの力には、その力を媒介する粒子があり、その四つの粒子を総称してゲージ粒子と呼んでいますが、その中で、電磁力(電気力、磁力)を媒介するゲージ粒子を「光子=フォトン」と呼び、力の及ぶ範囲は無限大とされています。
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画像はリンクからお借りしました。
ムムッ!!
光子=フォトンって何?・・・・・*2
電磁力(電気力、磁力)を媒介するフォトンが1種類なら何故、「引力」と「斥力」のベクトルの向きが違う力が作用するの? おかしいんじゃないの!!!・・・・・*3
これらの疑問も、今後、解明すべき課題だと考えています。疑問を残しつつも次に進みたい思います。
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次は、磁力と言いたいところですが、後々、「電磁力(電磁波)」を解明するために必要と思われる電荷に関連したお話を続けたいと思います。
みなさんも良くご存知の電気の流れ=電流は、電荷のなせる業です。
【電流】
電流とは、電荷の流れのことをいいます。電荷は電子や陽子が担っており、負の電荷を持つ電子の流れは電流の流れとは反対方向になります。通常、陽子は原子の中にあり、電子に比べて非常に重いので、ほとんど移動しません。よって、電荷の移動(=電流)を担うのは電子ということになります。電荷は正極(プラス、+)から負極(マイナス、-)側へ向かって流れます。
さて、電線の中で、電子の大群が移動しているのですが、その電子はどこから来ているのでしょう? もう少し詳しく調べてみると。
電線の多くは金属で、金属原子で構成されています。
その金属原子の一番外側の軌道にある電子1個(陽子との結びつきが弱い)が放出されて、その電子(自由電子)が結晶内(金属の原子が規則正しく配置したもの)を自由に移動できるようになります。そして、この自由電子に電圧をかけると電子は正極のほうに移動します。電子は、電線金属から供給されているという事になります。
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でもっ??? 
電化製品などで、電気(電子)を消費したら、電線内の電子がなくなってしまうのではないかとういう疑問は心配無用です。
発電所で電気(電流)が作られ各家庭に供給されていると、思っておられると思いますが、前述したように電気(電流)は電線内の電子が移動することによって発生しています。発電所では、電磁誘導によって電線内の電子を動かすポンプの役割を担っているのです。
*電磁誘導に関しては、次回、詳しく説明する予定なので概略に留めます。
電磁誘導とは、金属(特にコイル)の近くで磁石を動かすと、金属の原子から電子が放出されて、電流が流れると云う現象です。やってみるといつでもそうなるのですが、なぜそうなるのかは分かっていないようです。これも今後の追究課題です。・・・・・*4
たとえ話にすると、電線内に電子という水が充満しており、その水を動かすポンプのあるところが発電所と思ってもらえばと良いと思います。というわけで、単に電子という水が循環しているだけなので、いくら電気を使っても電線は細くなっていかないのです。
次に、電荷と空間のの関係について考えてみたいと思います。
【電場】:電界とも言います。
電気力は、引力と斥力があることを前述しましたが、この力をクーロン力と言います。
電荷を持った物体同士の間の力は、それぞれの電荷(電気量)に比例し、距離の二乗に反比例します。この力は、どの方向(電荷の位置を中心とする同心球面上)にも一様に生じます。ちょうどウニの刺の様に放射状に電場が発していると思ってもらえば良いと思います。
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画像は、リンクからお借りしました
正電荷(右図)のある地点からは電気力線が放射状に広がり、負電荷(左図)のある地点では逆に一点に吸い込まれていきます。
プラスの電荷A(マイナスの電荷Bでも良い)を一つだけ空間に置きます。すると、周囲の空間は電荷の影響を受けて空間の性質が変わります。この「電荷によって性質が変化した空間」を電場(電界)と言います。
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画像はリンクからお借りしました
電場(電界)というものがどのようなイメージかは、解ったが「電荷が、何故、空間に電場を作るの?」という根本的な疑問が沸き起こってきます。申し訳ありませんがこれも今後の課題にさせて頂きます。・・・・・*5
頭の中がゴチャゴチャになってきたので、本日は終了させて頂きます。電気力のイメージがわいてきたでしょうか?
最後に、今後の追究課題をまとめておきます。
*1:粒子は、何故 電荷を持つのか?
*2:光子=フォトンって何?
*3:電磁力(電気力、磁力)を媒介するフォトンが1種類なら何故、「引力」と「斥力」のベクトルの向きが違う力が作用するの?
*4:電磁誘導は、何故、生じるの?
*5:電荷が、何故、空間に電場(電界)を作るの? 作れるの?
次は、磁力にチャレンジします。お楽しみに!!!

List    投稿者 ka-syun | 2011-10-07 | Posted in ⑬相対性理論・量子力学・素粒子No Comments » 

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