電磁誘導は何故起きるのですか？

質問

銅やアルミニウムなどでできた銅線をグルグル巻いたものそばで磁石を動かすと電気が生まれるのはなんでですか？

回答No.4

burahuman · ベストアンサー

要するに簡単に言えば電荷を持つ電子に変化する磁界を近づけるとその電子は力を受けて動く、と言う事でこの時の力をローレンツ力、電子の動きを電流と呼び方向は逆で有ると決めています。

金属は結晶状態で存在しプラスの電荷を持つ原子核も磁界の力を受けますが電子に比べて極端に重い事とお互いが結晶と言う形で固まっている為に動く事が出来ない訳です。
これに対してこの隙間を自由に動き回れる自由電子は磁界の力を受ければ素直に動きコイルの両端を電線でつなげばこの動きがコイルの端から端へと伝わり電流が流れる訳ですね。

では電線の代わりにビニルならどうか？
ビニルは自由電子が存在しませんから変化する磁界を加えても電流は流れません。

ここで重要なのは“変化する磁界”であって変化しない磁界では電子は動き続けないので電流は流れない訳ですね。

お礼

変化する磁界を自由電子に近づけると自由電子は動く。この動きが電流。
、ということですね？
だんだん分かってきました。ありがとうございます。

自由電子があるのは銅とアルミニウムだけということでしょうか？

磁力によって電子がさらわれてしまったのに、銅やアルミニウムの中には電子が無くならないんでしょうか？

回答No.6

burahuman

＞「自由電子はそのままだと、ただの自由電子だけど、ブルブル振動すれば電気」ということだと思うのですが、この辺が良くわからないというかイメージがつきません。

表現法が少し悪かったかも知れません。
ブルブルと言うよりは電子が右に左に往復すると言った方が良いかも。
例えば50ヘルツの電流が金属線に流れている場合も上のように電子が右に左に50ヘルツの周期で動き、例えば電子をピンポン玉と考えると数百キロメートルの幅でジグザグしながら右に左に動くと言うイメージですね。

＞電気は発電所で何故発電できて、何故自宅まで届くのか？というのが根本の疑問になっている質問です。

非常に簡単に説明すると50ヘルツの発電機として

発電機のコイルの中心で磁石が回転している→この磁力がコイルの中の電子を50ヘルツの周期で左右に動かす→この電子の動きは（電子その物ではない）光の速さで電線を伝わる→【変圧器の一次側コイルの電子も同じ周期で動く→この電子が同じ周期の磁力線を発生する→この磁力線が変圧器の二次側コイル内の電子を動かし電圧が出る】・・・・【】内は送電途中に有る変圧器で例えば6600ボルトを100ボルトに下げるとかの働きをしています。

と言う風に
変化する磁力→電子の動き→変化する磁力→電子の動き・・・・・と電子の動きと磁力の変化を巧みに利用して必要な電圧に変えて最終需要家にまで届けます。

ご注意！
話を簡単にする為に電流とは電子が突き動かされて起こる現象という意味に書きましたが実際は電線の周囲に出来る磁力線が電気エネルギーを伝えると考えられています。

お礼

お返事が遅くなって申し訳ありません
お見捨てせずに毎回のご回答を感謝しています。

・変化（回転）する磁界を自由電子に近づけると自由電子はブルブル振動する。この動きそのものがどんどん伝わっていくこと＝電流。（？）
・自由電子があるのは基本的には、電流が流れる固体（銅やアルミ）

相変わらず幼稚な表現になりますが、「自由電子がブルブル振動すること」が隣隣の自由電子へ光の速さで伝染していくこと・光の速さで隣隣の自由電子がどんどんマネをしていくことが「電流」なのでしょうか？

もしまだ見ていたら教えてください。

回答No.5

burahuman

自由電子を持つ物は銅やアルミなどの金属、要するに電流が流れる固体全てと考えて良いと思います。
ただ電流が流れると言っても例えば食塩水などのような電解液はイオンの移動と言う形で電流が流れます。

＞磁力によって電子がさらわれてしまったのに、銅やアルミニウムの中には電子が無くならないんでしょうか？

さらわれると言うより磁石の動きと同期して電子がその場でブルブル振動しているだけですから電子が無くなる事は有りません。

電子の動きと電流の関係をイメージすると例えば乾電池で豆電球を光らしている時電線の中の電子の平均速度は何と秒速0.01ミリとか言う数字なのです。
正確な数字は電線の断面積、その金属の単位体積当たりの電子の数、流れている電流の強さ、電子一個の持つ電荷（1.6×10マイナス19乗クーロン）によって計算されます。

お礼

＞乾電池で豆電球を光らしている時電線の中の電子の平均速度は何と秒速0.01ミリとか言う数字なのです。
そういえば電流ってトコロテン方式で移動するんでしたっけ！？

【まとめ】
・自由電子はそのままだと、ただの自由電子だけど、ブルブル振動すれば電気になる（？）
・変化する磁界を自由電子に近づけると自由電子は動く。この動きが電流。
・自由電子があるのは基本的には、電流が流れる固体（銅やアルミ）

「自由電子はそのままだと、ただの自由電子だけど、ブルブル振動すれば電気」ということだと思うのですが、この辺が良くわからないというかイメージがつきません。もしお暇でしたら、この辺の説明を素人向けにお願いできないでしょうか？

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非常にレベルの低い質問内容で申し訳ありません。本当に助かってます。
電気は発電所で何故発電できて、何故自宅まで届くのか？というのが根本の疑問になっている質問です。
電気自体のことも何のことか全く分かっていないので、ご迷惑をお掛けしていると思います。

回答No.3

vms4wrs

ローレンツ力というのを調べると少し納得できると思います。

銅やアルミニウムの中には電子がうじゃっと入っていますが
磁場が定常な状況ではこの電子が均一に分布しているので電圧を生じません。

周囲で磁石を動かすとき、
磁界に対して電子が動くことになります。
(磁石を固定して銅板を動かすと思ってください)
するとその電子に対し、
「磁界の方向」と「電子の運動方向」のどちらとも直交する方向に
力が加わります。これをローレンツ力といいます。
例えば南向きの磁界の中で、銅のブロックを東に動かすと
銅ブロック内の電子に対して上向きの力が働きます。
すると銅ブロックの上端近くに電子が集まって
電子分布が偏るので電圧が生じます。
つまり銅ブロックが磁界内を動いている間はこのブロックを電源として使えるということです。
ブロックの上面が負極、下面が正極です。

じゃー、ローレンツ力はなんで生じるのかというと
「磁場と電場とは根源的に同じものなので相互作用をする」
からです。
このあたりが古典物理学の感覚で到達できる最終地点になると思います。

お礼

ありがとうございます。

vms4wrsさんのおかげで、少しわかったような気がします。

ものすごく平たく言うと、「銅やアルミニウムの中にある電子が外的要因（磁石）によって集められて電気となって（電子×沢山＝電気になる）流れる」、ということでしょうか？

磁力によって電子がさらわれてしまって、銅やアルミニウムの中には電子が無くなりはしないのでしょうか？

回答No.2

burahuman

ファラデーの電磁誘導の法則は単に現象を分かりやすく説明しているだけでその根源を解明している訳では有りませんよね。
何故電気が起こるかと言う事は何故電子が突き動かされるのかと言う意味と同義です。
電子は電荷を持つと同時にスピンと言う特殊な状態にあると考えられこの状態により磁界を発生していると考えられます。つまり電子は小さな磁石とみなせる訳なので動く棒磁石の磁力線で突き動かされ電流が流れると言う訳です。
何故電子に電荷が有るかとか何故磁界はお互いに力を及ぼしあうのかなど物事の根源は分かりませんが。

参考までに金属板にN極を近づけると右回転の電流が流れ、離すと左回転の電流が流れますがこれは磁石が動くのを妨げる方向の電流と言う訳です。

お礼

ありがとうございます。

ちょっと言葉が専門的すぎて私には難しいので、何かに例えていただけると嬉しいのですが、、（笑）

空気の何かの原子の中の電子が磁石によって集まって銅線に流れる感じでしょうか？
全然違いそうですね

回答No.1

noname#134018

おそらくですが、作用・反作用によるものだと思います。

銅線に、電流が流れると、フレミング左手の法則に従って、周囲に磁界が発生し、力もかかりますよね。

逆に、銅線の近くで、磁石で磁界を作り、磁石を動かす（＝磁場に対する位置エネルギーが変化する）ことで、銅線に力もかかります。つまり、磁界と力、がかかったので、それに応じて、銅線に、電流が流れる、ということになります。

電流・磁界・力、これらは、自然界では、３点セットなのだと思います。

お礼

ありがとうございます。

ちょっとフレミングの左手の法則については勉強しなおさなければならないのですが、回答がなかなか付かない様子からすると、この質問事項に関しては、科学で解明されていないのでしょうか？

つまり、「何かようわかららんが、とにかくそうなるモンはそうなる。」というものであると。（発電、フレミングの左手の法則）