誘導起電力の電流

質問

誘導起電力の電流
　以下の図で導体 PQ が一定の早さで移動するときは電流は常に P → Q の方向に流れ続けるのでしょうか？

(1)導体 PQ が右向きに移動する。
(2)導体内の自由電子がローレンツ力により Q → P の方向に移動する（P → Q の方向に電流が流れる）。
　ここまではいいのですが・・・・
(3)電子が Q → P の方向に移動するのだから Q の方が電位が高くなる。だから導体内の電子は Q に引きつけられる。つまり Q → P の方向にも電流が流れる？
　・・・のような気がします。だから電流は止まるような気がするのですが。
　それとも導体が動いている限り(2)のローレンツ力による電流が(3)の電位差による電流よりも常に大きいのでしょうか？

回答No.5

ORUKA1951 · ベストアンサー

＞結論。よくわかりません(^^;)

物理現象のルールとして、外部から変化をさせられるとそれを打ち消す現象が起きると言われます。
　図のような２本のレール上に金属棒があるとき、中心の棒を向かって右側にずらせば、それぞれが構成するループは広げられようとするのですから、それを打ち消すように、すなわちループが大きくなるほうは小さくする方に、大きくなるほうは小さくなる方向に磁場が発生する＝電流が流れるはずです。
　たとえば赤の方向に移動させれば、点線の赤の方向に他の金属棒は動くはず。

　それぞれの現象を、導体内の電荷で説明できるようになりましょう。

参考は、先のリンク
モーターは　どっち！？　右ねじ？　左手？ - 教えて！goo ( http://okwave.jp/qa/q5049703.html )のNo.3の図を参照

回答No.4

ORUKA1951

＞どうもありがとうございます。やっと納得がいきました。

じゃあ問題だよ。
PQと平行な導体が金属の丸棒かパイプでレールの上に乗っていて自由に動けるとしたら、PQをその周回回路から外側に動かすと、それははどちらに転がるだろうか、それとも動かない。
　ここまで理解できて○としよう。

お礼

うわぁ、そんなふうに改めて問われると難しいですね（笑）。でもおつきあいいただきありがとうございます。
　PQ と平行な導体 RT が以下のような位置にあるとします。この RT に流れる電流の方向がわかりにくい。
　A　　　　　　　　　　 P　　　　　　　　　　 R
　+---------------+------------+---
　|　　　　　　　　　　　 |　　　　　　　　　 |
　|　　　　　　　　　　　 |　　　　　　　　　 |
　|　　　　　　　　　　　 |　　　　　　　　　 |
　|　　　　　　　　　　　 |--->　　　　　　 |
　|　　　　　　　　　　　 |　　　　　　　　　 |
　|　　　　　　　　　　　 |　　　　　　　　　 |
　|　　　　　　　　　　　 |　　　　　　　　　 |
　+---------------+------------+---
　B　　　　　　　　　 Q　　　　　　　　　　 T
(1)PQ が右向きに移動し P-Q 間に誘導起電力が発生する。
(2)P-Q 間と R-T 間の電圧は等しいので R-T 間 も R→T 方向に電流が流れる。
(3)その電流に働くローレンツ力によって R-T は P-Q 側へ動く。
　が、しかし・・・
　P-Q 間に生じた誘導起電力の電流は P→Q→B→A と P→Q→T→R と分流するような気もするので、そうなると R-T 間 には T→R 方向に電流が流れ、RT は右側へ動く。
　結論。よくわかりません(^^;)

回答No.3

ORUKA1951

＞、この場合図の左側の導体とレールが作る四辺形（コイル）にも流れないのでしょうか？

　その部分は磁界内で動いていませんから、内部の自由電子は力を受けません。よって移動する導体の両端に発生する電位差で電流は流れる。

お礼

どうもありがとうございます。やっと納得がいきました。

回答No.2

yokkun831

>(3)電子が Q → P の方向に移動するのだから Q の方が電位が高くなる。だから導体内の電子は Q に引きつけられる。つまり Q → P の方向にも電流が流れる？

導線は回路を構成していますので，電流が流れてPの方に電子が蓄積されることはありません。導体棒が動き続ける限り，誘導電流が流れ続けます。ただし，回路には実際には抵抗がありますから，ジュール熱によってエネルギーが失われます。したがって，導体棒の速度を保つためには電流が磁場から受ける力とつりあう外力が必要です。

お礼

> 導線は回路を構成していますので，電流が流れてPの方に電子が蓄積されることはありません。
　ありがとうございます。とてもよくわかりました。

回答No.1

ORUKA1951

＞(2)導体内の自由電子がローレンツ力により Q → P の方向に移動する
＞（P → Q の方向に電流が流れる）。
＞　ここまではいいのですが・・・・

　良くないです。
　導体内の電子は、Q→Pの方向に力を受ける。ですよ。

　電荷が移動する(この場合導体がvの方向に移動すると、その周囲に移動方向vに対して左回りの磁界が発生しますね。(右ねじの法則)　そのため、周囲に磁場が存在しその方向がBであるなら、電荷は磁界の向きと等しい側面(磁力線の密度が高くなるため)は反発、その反対は磁力線の密度が下がります。・・・磁界の中で移動する電荷が力を受けるのと同じ・・・
　そのため、電荷は磁場から力を受ける。

　でもそれが移動するかしないかは、導体にかかっている電場の向き戸のバランスですから、図のように両側が途切れている場合は、電流は流れません。

＞導体が動いている限り(2)のローレンツ力による電流が(3)の電位差による電流よりも常に大きいのでしょうか？

　導体が動いている限り、電荷は力を受け続けますが、電荷自体が他の電荷の作る電場の力も受けているのですから、ここは「電荷は導体が動いている限り(2)のローレンツ力による力を受け続ける」が正しい。

モーターは　どっち！？　右ねじ？　左手？ - 教えて！goo ( http://okwave.jp/qa/q5049703.html )のNo.3の図を参照

補足

回答ありがとうございます。なるほど、電荷がローレンツ力を受けても移動できるとはいえないのですね。ただ
> 　でもそれが移動するかしないかは、導体にかかっている電場の向き戸のバランスですから、
> 図のように両側が途切れている場合は、電流は流れません。
ということですが、この場合図の左側の導体とレールが作る四辺形（コイル）にも流れないのでしょうか？