• 締切済み

電荷の移動と電荷の受ける力について

 直線状の導体に電流が流れている(すなわち、導体内の「+電荷を持つ原子核と-電荷を持つ一部の電子」が静止していて、この「+電荷を持つ原子核と-電荷を持つ一部の電子」に対して、導体内の「自由電子」が一方向(例えば右方向)に移動している)状況を考えた場合、  導体外の電子が導体に対して移動すると、その導体外の電子は、導体に電流が流れている(導体内の「自由電子」が移動している)ことにより発生している磁場との作用によって、(導体外の電子の移動方向と直交する方向に)力を受けるかと思います。  また、導体外の電子が導体に対して静止しているときには、その導体外の電子は、導体に電流が流れていることにより発生している磁場との作用による力は受けないかと思います。 <質問1>  直線状の容器(容器は電荷的に中性)内に多数の電子と陽電子が存在していて、容器内の電子が容器に対して右方向に移動し、容器内の陽電子が容器に対して左方向(容器内の電子の移動方向と反対方向)に移動している状況を考えた場合、 <質問1-1>  容器外の電子が静止しているとすると、その容器外の電子は、容器内の電子と陽電子が移動していることにより発生している何らかのもの(磁場?)との作用によって、どのような方向に力を受けるのでしょうか? <質問1-2>  容器外の電子が容器に対して右方向(容器内の電子の移動方向と同じ方向)に容器内の電子と同じ速度で移動しているとすると、その容器外の電子は、・・・中略・・・、どのような方向に力を受けるのでしょうか? <質問1-3>  容器外の電子が容器に対して左方向(容器内の陽電子の移動方向と同じ方向)に容器内の陽電子と同じ速度で移動しているとすると、その容器外の電子は、・・・中略・・・、どのような方向に力を受けるのでしょうか? <質問2>  また、容器内の電子が容器に対して静止し、容器内の陽電子が容器に対して左方向に移動している状況を考えた場合、 <質問2-1>  容器外の電子が静止しているとすると、その容器外の電子は、、・・・中略・・・、どのような方向に力を受けるのでしょうか?(質問1-2と同じ結果になるのでしょうか?) <質問2-2>  容器外の電子が容器に対して左方向(容器内の陽電子の移動方向と同じ方向)に容器内の陽電子と同じ速度で移動しているとすると、その容器外の電子は、・・・中略・・・、どのような方向に力を受けるのでしょうか? <質問3>  また、容器内の電子が容器に対して右方向に移動し、容器内の陽電子が容器に対して静止している状況を考えた場合、 <質問3-1>  容器外の電子が静止しているとすると、その容器外の電子は、、・・・中略・・・、どのような方向に力を受けるのでしょうか?(質問2-2と同じ結果になるのでしょうか?)  <質問3-2>  容器外の電子が容器に対して右方向(容器内の電子の移動方向と同じ方向)に容器内の電子と同じ速度で移動しているとすると、その容器外の電子は、・・・中略・・・、どのような方向に力を受けるのでしょうか?(質問1-2、2-1と同じ結果になるのでしょうか?)   図がなくて、わかり難くて、すみません。  これらの質問に対する結論やそのヒントになりそうなことが記載されている文献だけでも、教えていただけると、ありがたいです。  よろしく、お願いします。

noname#225799
noname#225799
  • 科学
  • 回答数1
  • ありがとう数0

みんなの回答

回答No.1

電荷が逆の物質と反物質が入り混じった状態で、安定に 動くとは思えませんが、何らかの強制力が働いて、 電子と反電子が互いに衝突もせず、整然と一定速度で 併進するという状況では、 ビオサバールの法則とフレミング左手側則で全てが決まります。 つまり容器内の電子や反電子の作る電流で磁場が決まり、磁場と容器外電子の速度で 容器外電子の受ける力が決まります。 つまり3種の質問とも容器内で電流が左に流れるのは同じなので。 ・容器外電子 停止⇒容器外の電子は静止しているので、フレミング左手側則の力は働かず、 動きません。 ・容器外電子 右⇒容器外電子は容器に近づく方向に力を受けます。 ・容器外電子 左⇒容器外電子は容器から離れる方向に力を受けます。 #なんか次の質問が透けて見える質問ですね(^^;

関連するQ&A

  • 電流は正電荷の流れ

    すみません。yahooでも同じ質問をしています。 電流についてですが、 ・電流の流れる方向は、正電荷が流れる方向と同じ ・電流の流れる方向は、電子が流れる方向と反対 ・電気的に±0の原子が電子(-電荷)を失うと陽イオンになる ということを考えると、正電荷が実在するのか疑問に思います。 原子核が持っている陽子を正電荷と考えて、電子のように 導体を流れるものではないと思っています。 水平に電線を引いて、左から右へ直流電流を流したとき、 実際に左から右へ正電荷が流れているのでしょうか? それとも、正電荷が流れているのではなく、原子がもっている電子が 右から左へ流れる、つまり、原子のもっている電子が、その左隣の原子に 移動していくことにより、電子が抜けた原子が+イオンになり、またその+イオン が右隣の原子から電子をもらってということを繰り返し、原子自体、陽イオン 自体が移動するのではなく、原子が左から右へ順番に陽イオンになっていく ので、正電荷が流れているようにみえるのでしょうか? よろしくお願い致します。

  • 正電荷は移動しないのか?

    高校の物理のコンデンサーのところを勉強しているのですが、『電荷が移動する』と言うときは、導体中の自由電子(負電荷)が移動するのですよね?正電荷が移動することはないのですか?また、関連する問題なのですが、『孤立した導体にたまっている電荷は保存される』とは、どういうことなのですか、原理を教えていただけたら幸いです。

  • 荷電粒子に働く力の矛盾について教えて下さい。

    図1に示すように巨大な磁石の均一な磁場Bの中を荷電粒子Qが速度vで移動しています。 ローレンツの式によりQ・(v×B)の力が働き荷電粒子は図1奥方向に移動します。 一方これを図2に示すように電荷Qの座標で見れば電荷は静止し磁石及び磁場は移動していますが磁石は巨大なので磁場の変化は無く荷電粒子は何の力も受けません。 以上図1と図2の矛盾の誤りを指摘して下さい。

  • 正電荷の移動

    正電荷の移動で分からないことがあったので質問させていただきます。 ・正電荷の移動 はく検電器と静電誘導の実験において(参考書) はく検電器に負に帯電したエボナイト棒を近づけたときの静電誘導の様子なんですが、 (A)負の帯電体A(エボナイト棒)をB(金属円盤)に近づけたまま、Bに手をふれると、はくCが閉じる。これはBやC(金属はく)にあった電荷が人体(人体は導体)を通って地面に逃げたためである。 (B)その後指を離しても、Bの多くの正電荷が残っている。 とあります。ということは、一部の正電荷は移動し、人体を通過し、逃げたということですよね?正電荷というのは電子が足りていない状態である陽イオンで、陽子自体は移動できないのではないですか??

  • 高校物理、静電誘導

    図のように、電気力線が左から右へ向いている電界中に導体を入れると、導体中の自由電子が電気力線の根元の方へ移動していくのはわかるのですが、プラスの電荷がなぜ右に発生するのかがわかりません。 プラスの電荷はどのように発生するのでしょうか? そもそも電子の過不足によって電荷がプラス、マイナスになるのですよね?電子自体はマイナスの電荷といってよいのでしょうか?

  • 電荷や磁力による引き合う力は実在しますか?。

    物理学では+の電荷を帯びた粒子と-の電荷を帯びた粒子が引き合う(磁場ではNS間で)と思いますが、実際に引き合う力とは存在するのでしょうか?。 反発しあう力は創造しやすいのですが引き合う力は創造しにくく感じました。 たとえば電磁気力でクォーク間でフォトンを媒介して力が伝わるとありますが弾き飛ばす(反発)のは解かるのですが引き合うのが解かりません。 掃除機の吸引力のように実際には存在せず、真空の何かの差圧のようなもので押されているだけで実際には引き合ってはいないようなことはないでしょうか?。(重力も同様に思います。) このような解釈又は仮説等は御座いますでしょうか?。 また素粒子の存在位置は確立分布の波でしか解からず観測されて始めて位置が確定するとありますが波動関数の収縮などは存在するのでしょうか?。観測前の位置が観測できないならどうとでも解釈することができるような気がします。(つじつまが合っていれば) 少しばかげた質問なのかも知れませんが、宜しくお願いいたします。

  • 静電誘導です・・

    「導体の内部には自由電子があるため導体を電界内に置くと、自由電子が電界から力を受けて移動する。導体内に電界がある限り、自由電子は静電気力を受けて移動し続けるが、導体の端にたまった電荷は、今度はそれ自身が逆向きの電界をつくるようになる。こうして導体内の合成電界が0になるまで電荷の移動がおこなわれる。」の「導体内に電界がある限り」というのが・・いみがわからないのです・・どういうことなのでしょうか・・??教えてください!!

  • 一様磁場中での導体棒の運動

    磁場中での逆起電力・電流の向きについて質問です。 図のような磁場中の導体棒がx軸の正の方向に速度vで運動するとき、起電力と電流・導体棒に働く力は(向きも含めて)どのようになるのでしょうか? レンツの法則とフレミングの右手の法則のどちらを使用すればいいのでしょうか…? また、運動の方向は変えずに磁場の向きを逆(0,0,-1)にしたとき、導体棒にはどのような力が働くのでしょうか? 大きさの計算はできるのですが、いつも向きを間違えてしまい困っています。 どのようにしたらうまくいくでしょうか?

  • 電場と磁場について

     電場は  静止した電荷に力を及ぼす空間の性質  磁場は  運動している電荷に力を及ぼす空間の性質  という風に理解しているのですが、    例えば (電池のような起電力を生み出すようなものがない)  閉回路で 適当な方向に磁場をかけて  磁束を変化させると  電流が流れて、「誘導起電力が生じた」  ということになりますよね?  同じように  閉回路で 適当な方向に電場をかけると  電子が eEの力を受けて運動し始め  電流が流れるとしていいのでしょうか?    もしいいのだとしたら  どうして この場合は  ~起電力と言わないのか   お教えくださいm(._.*)mペコッ    もし流れないならば、  どうして流れないのか   お教えくださいm(._.*)mペコッ ちなみに  私は 山本義孝氏の「新・物理入門」を 一通り’一応’読んだ者ですm(._.*)mペコッ   

  • 導体の電子分布 / 空洞のある導体に電荷を置く

    こんにちは、二つお伺いします。 絵を用意したのですが、アップして画質が落ちることがよくあるようなので、その場合はご了承下さい。 質問1 導体内部は電場がゼロである、と理解しております。たとえ、導体内部に空洞があっても、空洞での電場もゼロ、そして導体がどんな非対称な形状をしていようともやはり、導体内部、空洞でも電場はゼロと理解しております。これは、導体の自由電子が、そうなるように(導体内部、空洞での電場がゼロとなるように)動き、配置されたがために起こると考えておりますがいかがでしょうか。すると、非対称な形状の場合、あるところでは電子の密度が高く、あるところでは低い、という偏った電子分布になると考えているのですが、正しいでしょうか。 質問2 導体の内部に空洞があり、その空洞内に電荷をおきます。この場合でも、導体内部の電子が動き、最終的には、導体の内部と空洞内の電場がゼロになるのでしょうか。それとも、内部、または空洞内のいずれか、もしくは両方の電場はゼロにはならないのでしょうか。 質問2のきっかけはある問題集の例題です。その内容も添付の絵に示させて頂きました。 内容は、「二つの導体球がある。ひとつは空洞であり、空洞内にもうひとつの小さな導体球がある(二つの球体は中心を共有している)。その中心から8cmの距離にある点Pでの電場が15000 N/C(方向は中心向き)であった。このとき、小さな導体球の総電荷Q1と、大きな導体球の空洞の内壁表面の総電荷量Q2を求めよ。(注意)Q2は、内壁表面の電荷量であって、大きな導体球の総電荷量ではない。」 というものです。この問題を見たときに、まず、質問2にて申し上げた、「導体の空洞では電場は0」という安直に覚えていたものが崩壊しました。どうやら「導体の空洞では電場は0」というのはあくまでその空洞に電荷が無い場合のことのようだと、今では理解しております。 そして、この例題の解答は、次の通りでした。 「導体の空洞では電場は0」にも関わらず、小さな導体球が存在することよって、P点の電場が形成されている。半径8cmのガウス面を考える。すると 電場 = ガウス面内の総電荷量 Q /(ガウス面の面積 4πr^2 x 誘電率ε) ・・・・(1) よりもとまる、QがQ1となる (ただし、電場の方向から考えて、Q1は負の値) 一方で、「導体の内部の電場は0」である。大きな導体球の内部を通るガウス面を考える。(1)において、電場 = 0を代入すると、このガウス面内の総電荷量は正味ゼロとならなければならない、したがって、Q2はQ1と正負符号逆で絶対値の等しい値、つまり-Q1、となる。 この解答方法が引っかかりました。Q1を求める前半の解説では、小さな導体球によって、空洞内の電場はゼロではなくなっている、としているのにも関わらず、Q2を求める後半の解説では、小さな導体球の影響など触れもせず、「導体内部の電場は0」としてしまっております。なぜ、小さな導体球に影響を受けて、空洞で電場は生じるのに、大きな導体球の内部に電場が生じないのでしょうか。 文章が分かり難いようでしたら、書き直しますゆえ、お知らせ下さい。 どうか宜しくお願い致します。