電子の存在に無関係に発生する電界とは

質問

できれば高校の物理の範囲でのご説明を宜しくお願いします。

私の理解では、電流や電界の発生は電子の運動に伴うものであって、
電子の存在とは無関係に存在するものではないと思っています。

ですから電流や電界が確認できれば、近くに必ず電子が運動しているとイメージしています。

ところが、電波の説明をちょっと思い出して考えてみたとき、電界が発生し、そこから磁界が発生し・・・ここまでは分かります。そして磁界から電界が発生して、電界と磁界が交互に発生する波が（空中に）できるということになっていたと思います。

電波は真空中でも伝わるとのことですから、電子の存在と無関係に電界が生じているように思えます。

もし、磁界が存在すれば（空中に）電界が生じるという自然現象が存在するなら、永久磁石を振り回したら、周囲に電界が生じそうですが、そんな話は聞いたことがありません。

磁界の変化から電流、電界が発生するのは、発電機の原理（レンツの法則？）
のように、磁界の影響で金属中の電子の運動が変化したことによるものかと思いますので、真空中では起きない現象かと思います。

そうすると、電波の説明で言うところの、磁界の影響から真空中に生じる電界とはいった何なんでしょうか？　磁界の変化がそのまま伝わって行って、アンテナなどで受信するとき、空間の磁界の影響で電子の運動が変わり、電流の変化として測定できるだけではないでしょうか？

私の理解にどこか大きな間違いがあるのだと思いますが、どこが間違っているのでしょうか？　

多分こうだろうといった、曖昧な説明ではなく、具体的な説明が欲しいので、宜しくお願いします。

マックスウェル方程式は、多くの実験結果をまとめたものだと聞きますから、電子の運動から切り離された電界の発生が確認された実験結果などのご紹介だけでもいいので、宜しくお願いします。

回答No.14

noname#101110

全くの素人です。
私も電波とは何かということで悩んでいます。
ずっとネットなどで見聞してきたことで貴方の疑問に関わりそうなことを書いてみます。見当違いだったらお許しください。
電子（というより電荷）があれば電界は出来ます。それを変化させる情報が光速でやってくると電界と直角方向に磁界があらわれ、電離現象として電波が発生します。これが導体を離れて遠方へ光速で飛んで行くということでしょう。この電波（電磁波）はどこか遠方のアンテナにひっかっかり、逆に電界の変化として電荷の動きに現れ、回収されます。その中間では電子の存在とは無関係でしょう。どうして遠隔作用が可能なのかということですが、エーテルなどが破綻したけれど、光子のようなものが光速で飛散するというようなイメージを描く事は可能なのではと思っています。クオークのような素粒子ですね。
お粗末。

回答No.13

foobar

（＃10までで「変異電流」が出てこなかったのは、ご質問の観点が電界の発生、荷電粒子への作用にあったようなので、変異電流の出番がなかったからかなと。）

電界の発生
（通常される説明では）直接の要因としては電荷（静電界）もしくは磁束の変化、ということになるかと思います。
もっとも、磁束（磁界）は電流（電荷の移動による電流だけでなく、＃１１、＃１２で言及されている変位電流も含めての）に密接に関係しているので、条件によっては（変異電流を含んだ）電流の変化で電界の生成を説明することもできます。
（ただし、磁束の変化は磁界強度変化だけでなく、透磁率変化によってもおきるので、（変位電流を含んだ）電流の変化で統一的に説明するのは困難かと思います）
（もし、ご質問者の使われている「電流」が電荷の移動による電流（だけ）をさすのなら、「電流」と電荷だけが電界の直接の要因ではない、ということになるかと思います。）

あと一点（若干余談かな）
電荷による電界（静電界）と磁束変化による電界では若干性質（？）が異なる（前者は周回積分が0になるけど、後者はならない）というのもあります。

回答No.12

connykelly

apple-manさんのご指摘通り変位電流が関係しています。変位電流というのは、電荷の移動に伴って発生するいわゆる通常の意味での電流ではなく、電束密度Dの時間変化で与えられるものです。この辺りの話と電磁波の発生メカニズムについては、ここ↓のサイトの前半に分かりやすく書かれていますので一度ご覧になられてはいかがでしょうか（数式の部分は適当に読み流して、、、）。
http://www.asahi-net.or.jp/~bz9s-wtb/
→電磁波工学→３.電磁波

参考URL：

http://www.asahi-net.or.jp/~bz9s-wtb/

回答No.11

apple-man

変移電流のこと、他のご回答者の方がた、忘れているんじゃないですか。

コンデンサの電極間が真空でも、交流の電流は流れます。

回答No.10

foobar

電界の有無と電流の有無は別物です．
（ある電界があるからといて，そこに電流が流れないといけないというわけではありません．)

補足

電流、電子と限定したのがいけなかったのでしょうか。電荷の周囲にできる場が電場と考えているのですが。

＞そこに電流が流れないといけないというわけではありません

そこという表現もいけなかったかもしれない。
電流、もしくは電子（点電荷でもいい）に起因して、直接
電場が生じている。

ですから、磁場に起因して電場が生じるという
ところに疑問がるのですが。

＞電界の有無と電流の有無は別物です．

電界の発生要因は何かいう質問があったら、
電荷の存在叉は、磁場という回答でいいですか？

回答No.9

proto

＞磁界の変化から電流、電界が発生するのは、発電機の原理（レンツの法則？）
＞のように、磁界の影響で金属中の電子の運動が変化したことによるものかと思いますので、真空中では起きない現象かと思います。

磁場の時間変化により金属中に電場が発生するから、電場に沿って金属中の電子が運動するのではないですか？
因果の順序が逆かと思います。

補足

そうすると、電子など荷電粒子の存在なくして、磁場が生じる現象があるのですか？

電荷があるから、周囲に電場ができるというのはわかるのですが、磁場が先に発生する要因がないように思うのですが。

回答No.8

KENZOU

電磁波は電磁場の周期的な変動が空間に横波となって伝播していくものですね。この現象は，池の一端で手をバシャバシャさせると水面波が遠方に伝わっていく様子と同じ様に理解すればいいと思います。

＞ですから電流や電界が確認できれば、近くに必ず電子が運動しているとイメージしています。

この”近く”のイメージをよく考える必要があるのではないでしょうか。

＞波は真空中でも伝わるとのことですから、電子の存在と無関係に電界が生じているように思えます。

何も無い真空中(※）で電磁波が生じるということは言っていないと思います。電磁波は真空中を光速度で伝わるということを言っているだけですね。

（※何もない真空といえども叩けばいろいろ出てきますね。。。）

補足

＞＞ですから電流や電界が確認できれば、近くに必ず電子が運動しているとイメージしています。

＞この”近く”のイメージをよく考える必要があるのではないでしょうか。

表現が不十分だったかもしれませんが、マックスウェル方程式は、電界→磁界→電界→・・・と交互に振動する波を表していると思うのですが、磁界→電界の時点で、電子（荷電粒子でもいいですが）の存在と切り離されて電界が現れいます。荷電粒子の存在と無関係に真空中に電流が流れるのかという疑問です。

電界の発生は、電子の存在と対になって現れる現象と理解しているのですが、そこが違うということでいいのでしょうか。

回答No.7

foobar

＃１コメントに関して
通常は、磁束の時間変化によってできる電界により、荷電粒子に力が加わって、、、という説明になるのでは？
（磁石をまわして周辺に電界が、、というのはまさに、永久磁石界磁の発電機の電圧生成と同じですね。）

磁束の時間変化による電界でないと説明しにくい例
たとえば、高周波を金属の箱（内部が真空）に入射すると、（箱の寸法と周波数をうまく選ぶと）波長の1/2の間隔で高電界の部分が現れます。
これを、荷電粒子の運動だけで説明しようとすると、かなり無理がでるかと。（途中に電界の小さい部分をはさんで、高電界が現れる理由の説明ができないような）

（普通の誘導による電圧も荷電粒子の静的な電界では説明できないです。）

回答No.6

endlessriver

＃２です。
点電荷があれば（静）電界が発生します。基本なので教科書で。

電流が電界を作ると考えているようですが一般には「電流が磁界を
作る」という理解と思います。

マクスウエル以前に電流なしでも磁界が発生するという実験が
あったかは知りません。m(_ _)m

マックスウェル方程式では、電流なしで「磁界」が生じるという表現が出てきています。それは rotB/μ=ε∂E/∂t+i の部分です。

回答No.5

moritan2

電子でなくても電荷をもった素粒子はたくさんあるから(例えば陽子)
真空でも電荷をもった物体から一定の距離ならクーロン力がはたらきます。