光は電磁波ならば幾何光学からの類推で

質問

電気の理解も可能なのでしょうか。

回答No.11

veryyoung · ベストアンサー

直流においてさえ、電力を伝えるのはあくまでも空間です。導体内部ではありません。その電力は「 ２本の導体に挟まれた空間」に沿って電磁波として伝わります。電磁気学ではそう学びます。ポインティングベクトルと言います。回路導体中の電子の動きは、電磁波電力を封じ込める為に生じた従属的なものです。光と比較すれば、次のように解釈できます。良導体は鏡です。光の電界に自由電子の動きが呼応し、その導体内部への侵入を阻めば反射体になります。２枚の並行な長い鏡に浅い角度で光を入射すれば、電力移送路となります。光ファイバーは、導体による反射の代わりに誘電体による屈折を用いて電力の封じ込めを行ったものです。

コイルの磁界というのは、閉空間に短絡反射（電界逆位相）で閉じ込められた電磁波定在波で、電界成分が相殺されたものと捉えられます。逆にコンデンサの電界は、開放反射（電界正位相）で磁界成分が相殺されたものです。

お礼

ご教示は現在の私にとってすぐに理解できないほど難しいものですが、少しでも理解できるように勉強します。

回答No.12

ohkawa3

回答9,10再出
電線のような金属の中を電磁波が伝わることを、幾何光学のアナロジーで把握することは適切ではありません。
絶縁物（空間）の中を電磁波が伝わり、金属は電磁波を跳ね返す鏡のような挙動をすることが幾何光学のアナロジーです。
アナロジーは、物理現象を正確に説明できるとは限りません。適用できる範囲が限定されます。物理現象の全貌を把握したうえで、説明の便宜として幾何光学のアナロジーを適用なさるのは結構ですが、適用できる範囲を超えた領域で現象を理解するための手段とすることは無理と思います。

お礼

ご教示を大切させていただきたいと思います。

回答No.10

ohkawa3

回答9再出

空間を伝わる波長の短い電磁波は、可視光線と同様の振る舞いをすると考えていいのです。いっぽうで、電線のような金属中では、電気伝導性に基づき、ほんのわずかの距離を進むうちに電磁波は減衰するので、可視光線のような振る舞いをすることはありません。
https://www.phys.kindai.ac.jp/laboratory/kondo/lectures/em_tb/node269.html

お礼

たびたび愚問に対して対応していただいて恐縮いたします。

回答No.9

ohkawa3

＞同じように電線の中を流れる電気にも適用できないでしょうか。
堂々巡りになっていますね。もう締め切りましょう。

お礼

電流の向きと電波の向きがわからないのだろうと思います。基本的なことがわからないのだと思います。申し訳ないです。

補足

反射という面からもうすこし何か出てこないのでしょうか。

回答No.8

ohkawa3

回答(2)再出
パラボラアンテナの寸法が波長に比べて十分に大きければ、幾何光学の法則が成り立ちます。
例えばBS放送では12GHzの周波数を使いますから、波長は約25mmです。
パラボラアンテナの直径が1mであれば、波長の40倍の寸法がありますから、幾何光学の法則を使ってアンテナが電波を集中させる機能を理解することができます。

お礼

>パラボラアンテナの寸法が波長に比べて十分に大きければ、>幾何光学の法則が成り立ちます。

同じように電線の中を流れる電気にも適用できないでしょうか。

回答No.7

QCD2001

No6です。
＞光線の方向と電流の方向は同一に考えてもよいのでしょうか。
＞幾何光学からの類推で電気の理解も可能なのでしょうか

幾何光学から類推しようとするのなら、
光線の方向と電流の向きを同一に考えて、電気の理解が可能か
という質問であると解されます。
そして、光線の方向と電流の方向は同一に考えても全く何の役にも立たないことを例示しました。

それとも、光線の方向と電流の方向は別であると考えて幾何光学から類推することが可能である、とお考えでしょうか？であるならどのように類推するのでしょうか？光ファイバー内の光線と電流を流れる電流とを対比させようとしているようですが？

お礼

ご指摘のように考えてご教示をいただければと思いました。

補足

パラボラアンテナはどこか凹レンズに似ていないでしょうか。

回答No.6

QCD2001

銅線をぐるぐると巻いてコイルにして電流を流すと磁石になります。
しかし、光ファイバーをぐるぐると巻いてコイルにして光を通しても磁石にはなりません。

水の中に水とは屈折率の違うガラスで作ったレンズを入れて置き、ここに光を当てると光はレンズで屈折して焦点に集まります。
しかし、銅で大きな塊を作り、その中にレンズの形のアルミニウムを埋め込み、電流を流しても、電流はアルミのレンズで屈折して1点に集まるようなことはありません。

銅線を磁場の中へ入れて電流を流すと、銅銭は磁場から力を受けます。これを応用したのがモーターです。
しかし、光ファイバーを磁場の中へ入れて光を通しても、ファイバーは磁場から力を受けません。ですから、光ファイバーを使ってモーターは作れません。

このように、光と電流を対比させても全く異なる振る舞いをしますから、幾何光学の類推で電気を理解することはできません。

お礼

光線の方向と電流の方向は同一に考えてもよいのでしょうか。

補足

パラボラアンテナはどこか凹レンズに似ていないでしょうか。

回答No.5

ohkawa3

＞光ファイバー内の光線と電線を流れる電流との対比はできないのでしょうか。

無理と思います。

光線は、電界と磁界の相互作用で電界と磁界の関係が一定となっていて、空間を伝搬する電磁波です。
電線（同軸ケーブルなども含めて）の絶縁物の厚さは、貴殿が想定する電気の周波数の波長よりも相当に小さいと思います。相互作用によって電界と磁界の関係が一定とならずに、電界と磁界が独立に存在する状態です。このような状態では、電磁波の伝搬に幾何光学を適用することはできません。

お礼

ご教示をもとに勉強してみたいと思います。

補足

パラボラアンテナはどこか凹レンズに似ていないでしょうか。

回答No.4

tetsumyi

電界や磁界があるとは測定できて言えることです。
光は物質中の素粒子領域で状態エネルギーを変えることで変化が確認できるんであってマクロの電界、磁界として表れることはない。
時間がないとは時間によって決して変化しない（時間経過はない）ことであり、素粒子領域では時間は存在しないと言われます。
電界磁界が交互に発生するはずがない。

お礼

光は電磁波なのですね。同じ電磁波なら何か共通点があるのではと思いました。

回答No.3

tetsumyi

原子レベルのパルスですから電解とか磁界とか測定しようがありません。
良く電解磁界が交互に発生して伝わる等と説明しますが、光速度では時間がありませんから、でたらめな空想です。

お礼

測定はできなくとも電界も磁界もあるのでしょうか。又光速度では時間がないというのはどういう事でしょうか。

回答No.2

ohkawa3

電波として空間を伝わる電磁波には、幾何光学のアナロジーを適用することが可能です。とはいっても、可視光線の波長が1μmよりも短いのに対して、3GHzの電磁波でも波長が0.1mもありますから、反射、屈折などについては、対象物（アンテナなど）が波長に比べて十分に大きくないと幾何光学の法則が成り立たないことにご留意ください。
電線に流れる電気の領域で、幾何光学の法則を適用することは、無謀なチャレンジと思います。

お礼

光ファイバー内の光線と電線を流れる電流との対比はできないのでしょうか。

補足

パラボラアンテナの作用などはどうなのでしょうか。