中学理科の電気ブランコの原理についての質問です。ブランコの動く向きの原

質問

中学理科の電気ブランコの原理についての質問です。ブランコの動く向きの原理がわかりません。?フレミングの左手の法則は、便宜上のものであって原理ではないと思います。もとになっているローレンツ力は速度と磁場の外積の向きに働くという経験則によるもので、なぜ外積の向きに力が働くのかは説明していないと理解しています？?「ブランコの電流が作る磁界と磁石が作る磁界が同じなら磁界が強められ、反対なら弱められるので『磁界の強い方から弱い方へブランコは動く。』」という説明についてです。『磁界の強い方から弱い方へ動く』そのもとになっている考え方を教えて下さい。よろしくおねがいします。

回答No.1

ORUKA1951 · ベストアンサー

きちんと最初の磁石の性質から順番を追って理解しておかないと駄目ですよ。
　フレミングの左手/右手の法則もすべて何が起きるかを直ちに示す法則であって理由を説明するものではありません。

磁石と磁力線)
　N極からS極に向かう磁力線を想定する
　　1) 磁力線には張力があること
　　2) 平行する磁力線は反発する
　　3) 逆向きの磁力線は引き合う
　・・・これも「法則」ですが、なぜそうなるかを磁場で説明してもよい
　　　ただし、いずれの説明をしようとも所詮磁場の持つ性質を説明する
　　　にすぎず、なぜの答えはない。
　→　移動する電荷の周囲には磁場が発生する。
↑◎↓　◎は画面のこちらから向こうに電荷が移動していることを示す。
　←　　右ネジの法則と言うもの

　これを元に、フレミングの法則を考えると、「左手」のほうはすぐ説明できる。
　右手(発電機)は、◎を導体中の電荷と考えると導体を手前から向こうに移動させていることと等しい
　　→　　　　　この場合は、電荷◎は磁力線が上から下の場合は、左側に
＝↑◎↓＝＝＝　力を受ける。
　　←　　　　　　そのため、右から左に起電力が生じる。

＞『磁界の強い方から弱い方へ動く』
　これは、まさに、磁荷の性質そのものであって、その理由はわかりません。この宇宙ができたときから、磁荷自体がもつ性質です。ちょうど質量が引力をもつこと、異種の電荷が引力をもち、同種の電荷が反発するなどど同じです。物理学はその性質を理解しようとしてきましたが、その理由についても光子で説明できるにしても、じゃあなぜそうなるの・・と子供の質問みたいに永遠に答えはない。

お礼

早速のご回答ありがとうございます。どうも自分は磁力線の理解ができていないようです。１）、２）、３）のことは初めて知りました。しかも、具体例がイメージできません。恐縮ですが、どういうことか説明していただけないでしょうか。
なぜそうなるかについては確かに引力についてなぜはたらくかとか考えません。
以前からモヤモヤしていたものがすっきりしてきました。
ありがとうございました。

回答No.5

ORUKA1951

No.2 ORUKA1951です。誤解されそうなので細くしておきます。
向きが垂直に二つの磁力線は関係ありません。考えたら間違えます。
先のコメントで示した磁石に磁力線を書くと、図(2)の上になります。
平行な磁力線は反発する。
　これは、先の図のN/S間の磁力線が中心以外で膨らんでいることからも明らかです。

　その上で、環境の磁力線と、電流による、あるいは電線の移動による電荷の周囲にできる磁力線を描いたら、理解できるはずです。

お礼

何度も申し訳ありませんでした。やっと理解できました。頭の中もすっきりしました。ありがとうございました。

回答No.4

maccha_neko

＞「電線の上側では左から右に向かう流れがあるはずです．同じように下側では右から左に磁力線の流れがあるのでしょう．」この部分をもう少しわかりやすく説明していただけないでしょうか。

要するに下の図でもわかるとおりで，たとえある場所の磁界が弱くてもつ良くても「磁力線が出ている数／入ってくる数」は変わらないはずですよね？磁力線はかならず閉じたループになる・・・出て行く数と入ってくる数は同じはずですし，それぞれの磁石にとっては外部の磁界があろうと無かろうと知ったことではないですから．
とすると，外部磁石による磁力線の数と，電線の周りの微小磁石による磁力線の数も変わらないんだろうなぁ・・ということですね．

で，左側で反発しあっているわけですが，その反発した結果行き先を見失った磁力線の行き先は？？？っていうと右側に行くしか無いだろうっていうことですね．右では引き合う・・つまりせっせと磁力線を寄せ集めている状態（笑）・・ですから．

したがって，外部磁石の磁力線のイメージとしは電線に電流が流れていなかったときには電線の左側を真っ直ぐ下に進んでいた磁力線が電線のおかげで捻じ曲げられて電線の右側を迂回するように通るんじゃないかな？と．
そうすると確かに電線の右と左で磁力線の濃淡ができますよね？

そうすると，上側では磁力線が左から右・・下側では右から左に向かう流れがあるわけですから，ここに水平な磁石を置けば当然引きずられるように左・・ちょうど磁力線の密度の濃い側から薄い側に押し込まれるような向きに移動するのかなぁ？と

まぁ，イメージで捉えてるだけなので，正しいのかどうかはわかりませんけど，とりあえずこれでフレミングさんの左手の法則とも合致しているし，とりあえずこう覚えておいてもいいかなぁ？と思ってます．

お礼

ご回答ありがとうございました。なるほど、やっと意味がわかりました。ありがとうございました。磁力線を磁石に置き換え考えることが大事なのですね。

回答No.3

maccha_neko

何となく変な感じなんですよね．周囲の磁界なんていうもので何で電線そのものが影響を受けるんだ？と思いますよね。以下は私なりの勝手な覚え方でしたので，物理的に正しいのかどうかはわかりませんが・・

電流が流れると磁界が同心円状に形成されるということですけど，とりあえず電線の表面部分に沿って微小な磁石が並んでいる状態を考えます．
簡単のために四つにして右回り（右側の磁石の上がS，下がNになるようにして，お互い引き合う向きに４つ正方形に並べる）にしてみます．

で，外部の磁石は仮に上をN，下をSにします．（磁気単極子というのは無いのでどこかでぐるーっというループがあるわけですけど）
すると，右側では強めあう向き・・ってことは右側では外部磁石＋微小磁石分の磁力線が集まっているような感じでしょう．（ORUKA1951さんの絵みたいな感じですね）

一方，左側では反発方向なので，左上・・つまり，N極側では互いに吐き出した磁力線が反発しあう感じになります．反発した・・といっても磁力線は閉じていなくてはならない・・つまりどこかに行き先が無いと困るわけですね．じゃあ，行き先はどこ？っていうとちょうど右側で盛大に流れようとしているわけですから，そちらの埋め合わせをすべく向かうのでしょう．つまり，電線の上側では左から右に向かう流れがあるはずです．同じように下側では右から左に磁力線の流れがあるのでしょう．

ここで，４つの微小磁石のうち上下の分を考えてみると，上側では左がS,右がNですね．先ほどの横向きの流れ出し分は左から右・・すなわち左がN，右がSですから，この微小磁石は左に引っ張られます．下側も同様に左に引っ張られますよね？
したがって電線そのものも左に引っ張られる・・と．

こんな風に「薄い部分と濃い部分の間には互いに埋め合わせするような流れがある」とイメージすると「磁力線には張力がある」といった類のことも何となく分かる気がするんですよね．

補足

ご回答ありがとうございます。「電線の上側では左から右に向かう流れがあるはずです．同じように下側では右から左に磁力線の流れがあるのでしょう．」この部分をもう少しわかりやすく説明していただけないでしょうか。よろしくお願いいたします。

回答No.2

ORUKA1951

＞１）、２）、３）のことは初めて知りました。しかも、具体例がイメージできません。

小学校で棒磁石を振りかざして遊んだでしょ??

添付図の左がそれを示している。

　最下段の棒磁石に磁力線を書いて確認すること。

　磁力線とは、磁場の大きさが同じ点をつなげた面の垂線ですから、磁場の強さも連想しながら磁力線をイメージすること。

　右の図は、フレミングの左手の法則と、右手の法則を示すものです。上側の左手は電荷を移動させている。下は導体を動かしている--内部に電荷が存在すると考える。

　これで、右ネジの法則--(定理)--と、磁場の性質(磁力線の性質)だけですべてが見えてくるはず。