電子と電流の流れる方向が反対なのはどうしてか。

質問

現代科学で説明できているのかどうか、教えて下さい。
電子が電流と反対方向に流れるのならば、
電子は電流そのものではないのは明らかですし。

色々考えを深めたいです。
よろしくお願いします。

回答No.17

noname#23393

遅くなりましたがお返事させていただきます。

>人間の都合ではなく、
>実際に電子と電流は反対なのですよね？

うーん、まだちょっと伝わってないのかもしれないんですが、そもそも電流という概念自体が「人間の都合」なんです。何がどう流れているのかわからないけど、とりあえずそういう存在を想定した、というだけのものなので。

で、あとあと科学が発展して、
「ちょっくら、みんなが『電流』って呼んでるやつの正体でも調べてみようぜ」
ってきちんと見てみたら、
「あれ？ 今までみんなが『思ってた』(注)のと逆向きに流れてたよ。どうしよっか。」
(注:何かをきちんと見て確認していたのではなく、あくまで『思ってた』だけ)
ってなっちゃったと。

でも、その時点で電流は＋からーに流れるってみんな思い込んでたし、理論もそれで作っちゃったから、これからもそう思い続けていこうね。それでも別に問題ないから。っていう合意が形成されましたとさ。

みたいなかんじです。

補足

はい。
ですから、電流の流れは、電子の流れと反対で、
その実態は、「電子」ではなく「電子のホールの移動」なのですよね？

回答No.16

noname#23393

訂正

>電子以外に実体を持った観測対象は存在しません

は言い過ぎでしたね。ホールは実体があるとは言えないので問題ないかと思いましたが、イオンなんかもあるので。

回答No.15

noname#23393

さらに追記。過去のコメントに対して答えておきます。

>「綿密な実験の結果、やはり電流は電子と反対方向に流れている」となったと聞きました。
>これはどうなのでしょうか？

「電流と電子の流れる向きをそれぞれ観測した結果やはり逆だった」というような表現をしているのであれば、それは不適切です。
下にも書いたとおり、電流は人間がイメージして名付けただけのものですから、電子以外に実体を持った観測対象は存在しません。
逆向きという結論は合っていますが。

補足

ありがとうございます。

人間の都合ではなく、
実際に電子と電流は反対なのですよね？

回答No.14

noname#23393

#13です。こちらも必要以上に語気を荒げてしまった感はあります。申し訳ない。
下の方の回答を見ていると確かに誤解につながりそうなものが散見されるので、私の理解している範囲で説明を試みたいと思います。

まず、電流の正体はすでに判明しています。電子の流れです。
素粒子とかを持ち出さずとも、これは観測された事実です。

これらは逆向きなのであるから同じものであるはずはないというのは自然な疑問だと思いますので、以下で説明します。

電流の存在が知られた当時、電子という粒子はまだ発見されていませんでした。
しかし導体中を伝わる「何か」がある、ということは明らかでしたから、当時の科学者たちは「電流」という流れがあると仮定しました。さらにそれに伴い、陽極と陰極という概念を導入し、「電流は陽極から陰極に向かって流れるということにしよう」ということになりました。
その後電子が発見され、電流として観測していた現象は電子の移動であったと判明するわけですが、実際はこの電子の移動は電流とは逆方向でした。
でも当時すでに電流という概念は広く受け容れられており、これを書き換えることはできないのでそのままにしてしまうことにしました。
実際電子の電荷をマイナスとしてしまえば体系にはなんら影響はありませんから。

というだけのことです。電流を考え付いた人たちは実際にその現象がどの方向に生じているか観測して決めたわけではないというところに原因があります。
ちょっと違うかもしれませんが、たとえるなら、
「北風」という言葉が「北から吹いてくる風」をさすのか「北に向かって吹く風」をさすのか、という議論と同じレベルの話です。
普通の日本語の定義では前者を採用していますが、別に逆でも何も問題はなかったわけです。

あと、導体中にホールがあるという表現には違和感を覚えます。
Wikipediaにも

半導体（または絶縁体）において、（本来は電子で満たされているべき）価電子帯の電子が不足した状態を表す。

とあります。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%AD%A3%E5%AD%94

回答No.13

noname#23393

親身に答えてくれた人たちに対して「的を射ていないからもういい」と捨て台詞を残して終わりにするのは失礼ではないですか?
素粒子がどうのと小難しいことで煙に巻く前に古典物理をきちんと勉強されることをお勧めします。

補足

いえ違います。
「分かっていないということを教えてくれて」
心から感謝しているのです。

ご理解下さい。
不快に感じたらなら謝罪します。

回答No.12

toorisugari

雷は自然現象で見られる火花放電で大きいですし観測しやすいと思いますが、どちらからどちらに向いているか分かりますでしょうか？
落雷ってぐらいだから上から下でしょうか？
そうなると雲はマイナスで地面がプラスですので電流ではなく、電子の流れる方向に放電している事になります。

火花放電は電子と気体原子との衝突で起こる現象ですので電子が飛び出すマイナスからプラスになります。（実際はもっと複雑ですが）
もし見えたとしても方向が逆のような気がします。

雷の向き
http://www.kaminari.gr.jp/summit/kitagawa.html

回答No.11

ht1914

Ｎｏ７です。
「火花放電の走る向きで」と書いたのですがそんなの観察できないという意見をいただきました。昔見た本にあった内容なので自信はありません。「？」ということにしておいて下さい。

でも一応今まで納得してきたことなので書いておきます。
火花放電自体は非常に短時間で起こります。でも誘導コイルで徐々に電圧を上げていって最初に火花が飛ぶときの方向は何となく分かるような気がするのです。電子の流れは目に見えません。火花放電で見えているのはイオン化された空気です。プラズマのようなものかも知れません。次々と衝突することによりイオン状態が伝わっていくのだと思います。イオン雪崩が起こっているのだと言われています。最初はイオン化しながら進むので抵抗が大きいのですが一旦流れると流れやすくなるそうです。空気中でのイオン状態の流れですから伝わる速度は音速に近いものだと考えられないでしょうか。１秒間に３００～４００ｍ程度です。とすると１００万分の１秒よりももっと長くなると思います。誘導コイルの電極の間隔を１０ｃｍ程度でやると０．３ｍｓ程度になります。
この様に考えて納得していたものです。間違っていたら忘れて下さい。プラズマ振動などを考えるときにも音速が出てきますので妥当かなと思っていたのですが

ライデン瓶というのはライデンが作ったものではありません。ライデンはドイツの都市の名前です。理化学辞典によるとライデン大学のミュッセンブルークが１７４６年に初めてこれを用いて放電実験を行ったそうです。

樹脂電気、ガラス電気というのは摩擦電気により生じる電気に２つの種類があるということから付けた名前です。２流体説です。それに対してある一つのものが余分にあるか不足しているかの状態で考えるのが１流体説です。
フランクリンは１流体説の提唱者です。
物質ＡをＢで摩擦するとします。摩擦することによりＡから電気の原因物質（Ｘ）が飛びだしていき相手（Ｂ）を帯電させる。元の物質Ａはその物質が不足した状態になる。出て行った物質（Ｘ）が基準です。相手の物質Ｂは余分にある（プラス）状態であり、元の物質Ａは不足した（マイナス）状態になります。Ａとして摩擦電気の現象の起こる一番典型的な物質琥珀を考えたのでしょう。エレクトロンという言葉が琥珀の意味だという事からもそう考えたことが予想できます。琥珀は摩擦を考える場合の基準物質なんです。
琥珀が摩擦で帯電しやすいというのは飛び出して行きやすい物質Ｘをたくさん持つという理解だろうと思います。さらにその元に電気的な引力の仕組みの中で出てきたエフルービア説（電気流体）があるでしょう。引力が働くときは原因物質は出て行くと考える事になります。
（これは岩波新書、「電気の謎をさぐる」（本間三郎、山田作衛）と平凡社百科事典「電気」（広重徹）を参考にしました。広重徹の「物理学史」は行方不明にしてしまいましたので見ていません。）

Ｎｏ１０の方の説明だとライデン瓶の中に溜まっていた電気が基準でありそれをプラスと考えるということになります。でも摩擦電気でライデン瓶を帯電させるわけですからどちらの電気でも溜めることが出来ることは分かっていたはずです。琥珀を摩擦の材料に使うのであれば堂々巡りになります。

やってみれば分かりますが摩擦電気を溜める場合、ガラス棒よりも下敷きの方が格段に楽です。その意味では樹脂電気、ガラス電気は対等ではありません。

補足

やはり、
みなさんの回答は、的を射ていないということが分かりました
（質問に対して）。

「電子の流れが電流の正体ではない」のはやはり事実の様です。
電子と反対に動く、「ホールの流れ」が即ち電流であると。

これには、素粒子レベルの未知の力が働いていると思います。
私は、
「この件について」

エジソン級の産業革命（及び素粒子物理学の発展）を起こすために、
研究させていただきます。

＞みなさん

現代科学では
「電流の正体」が何か分かっていないことを教えてくださって、まことにありがとうございました。

回答No.10

apple-man

電気のプラス、マイナスを決めたのは、多分ベンジャミン・
フランクリンだと思います。その極性にあわせて
電流の方向が決められたため、電子の運動方向との
矛盾があるのだと思います。

流れとしてはこんな感じです。

紀元前から琥珀（エレクトロン）をこすると
ゴミなどを引き付けるようになるという、
帯電という現象が知られていました。

近代初頭のヨーロッパでは、この帯電という
現象がエレクトロンという物質の移動によって
起きるものではないかと考えられるようになり、
このエレクトロンを取り出そうという実験が
行なわれていました。

ライデンは、このエレクトロンが物質なら、当然
ガラスの瓶に閉じ込められると考え、ライデン瓶の
実験を行いまいした。

その後、フランスのデュ・フェーが、エレクトロン（電気）には
２種類あるとし、それをガラス電気、樹脂電気となずけた
んです。

雷が電気の１種であろうことはすでに多くの学者が
指摘していたので、フランクリンは、有名なたこの実験で、
金属の針金が開いたので、雷の電気（エレクトロン）をライデン瓶に
閉じ込めることができたと考えたんです。

帯電は絶縁体の分極によるものとか、金属の電流は自由電子の
運動とかいった、電気の種類などわかっていない時代の
話で、さらにエレクトロン（電気）という物質が存在して
いると考えてのことですから、いろいろ誤解があったもの
と思います。

以下は想像になってしまいますが、電気の種類を確認するために、
フランクリンも、樹脂の塊をライデン瓶に近づけたのだと
思います。

樹脂を近づけたときに、金属の針金が閉じてしまう場合と
そうでない場合があったはずです。

エレクトロン（電気）の有り無しという考えで見て
いたフランクリンには、樹脂の接触で、ライデン瓶の
中の電気がなくなる場合があると映ったはずです。
（保存則という考えも一般化していなかったため、
　単純に電気がなくなったと考えたと思います。）

帯電した樹脂の接触で、ライデン瓶の電気がゼロになってしまう
場合があると考えたフランクリンは、樹脂のほうがマイナス
電気だと考えたようで、ここから雷の電気には、プラスとマイナス
という極性があるとしたようです。

その後に、ガルバーニの生体電気の研究と
それに続くボルタの研究があったため、
フランクリンのプラス、マイナス電気といった
極性の考え方が引き継がれたものと思います。

現在は原理としては否定されている、電流という
考え方ですが、これはフーリエが熱伝道を
水や空気といった流体の方程式を応用して
説明に成功したことから、オームやマックウェルが
電気も流体の１種と考え式を作ったところ、
実験結果をうまく説明できたために定着した
ものです。

電流は、電流計といった電磁石の原理を応用した
計器で測定しますから、針の振れで量は表せても、
どの方向をプラスと考えるかは、特に客観的な基準はありませんので、
フランクリンの考えた極性の考え方がそのまま
使われたものと思います。

もしフランクリンが、樹脂ではなく、ガラスの棒で
極性を確認していたら、結果は全く反対になって
いたのでしょう。つまり、電流の方向と、電子の
運動方向は一致していたものと思います。

回答No.9

toorisugari

ベンジャミン・フランクリンは、ライデン瓶を使って雷が電気である証明したのは有名ですが、他にも、琥珀と毛皮の静電気現象から毛皮は電気が増えている「プラス」の電気、琥珀は電気が失われた「マイナス」の電気と決めています。
それからしばらくして、ボルタが電池を発明しました。これにより、一瞬の電気ではなく継続して安定な電気を供給する事ができるようになり、これまでの静電気とは違う動く電気となりました（ライデン瓶は静電気を溜められ、溜めた電気は一瞬ですべて放出）。これにより、電気が動く「電流」と言う概念ができました。
そして電流の向きですが、負の電気を思いつかなければ、プラス（電気が増えている）からマイナス（電気が失われている）に流れるというのは自然な発想ではないでしょうか。
その後、電子が発見されて流れているのは負の電気だったわけですが。

それから、火花放電で起こる火花の走る向きがですが、速さが100万分の1秒というレベルですので人間の目では判断できません。ハイスピードカメラが必要です。

回答No.8

noname#152073

電流と電子の流れの方向が違うのは
No.6参考ＵＲＬのアニメーション？を見ていただければ判ると思います
電子はマイナスからプラスに　ホールはプラスからマイナスに移動しています
電流は電子の流れと言うより　電子の移動によって起こるホール（正孔）の移動です、
電流の速度はほぼ光の速度に等しいですが
電子の移動速度は秒速数１０センチメートル程度だそうです。

たとえ話としては適当ではないかもしれませんが
南米チリ沖で発生した地震により　日本に津波がやってきたことがありました
チリ沖の海水が日本付近までやってきたのではなく　海水の振動によって
津波がやってきたのです。

参考URL：

http://www.ee.seikei.ac.jp/~seiichi/lecture/Electrodynamics/Chapt9/lorentz.html