電気について詳しい方、教えて頂けませんか

Question

現在電気関係の仕事をしたいと思い日夜勉強に励んでおります。しかしなかなか理
解できない部分もあって苦労しています。何方か電気に詳しい方がいらっしゃいましたらどうか私の疑問にお答えして頂けませんか。よろしくお願い致します。

※１Ａ＝１Ｃ＝１.６０２×１０-19でよろしいのでしょうか？
※コイルに発生する磁力は何故Ｓ極からＮ極なんですか？
※原子には電子と原子核がありますが、電磁誘導によって得られた電流はコイルの 原子なのですか？
※交流の流れるイメージは電子が電線の中を行ったり来たりするイメージなのに何故電気を送れるのですか？
※電気は自由電子が移動するからと言う事なのに、何故電流が流れる向きは電子の流れる向きと反対なんですか？
※何故銅は電子が飛び出しやすいのに磁石にならないんですか？
※磁束密度とは１m2の垂直面を通る磁束の量との事ですがもっと分かりやすく解釈するにはどうすればよろしいでしょうか？
※レンツの法則の「誘導起電力は、コイルを通る磁束の変化を妨げる向きに誘起されるというのをもっと分かりやすく教えて頂けないでしょうか？

こんな質問をして恥ずかしいのですか、理解できないまま先へは進めません。
それに電気関係の仕事に就きたいと思う気持ちが強く諦めきれません。
最後まで精一杯頑張って勉強しようと思っておりますのでよろしくお願い致しす。

kuro · Accepted Answer

電気工学を７年間学んだ者です。

※１Ａ＝１Ｃ＝１.６０２×１０-19でよろしいのでしょうか？ 

違います。　1[Ａ]というのは1[Ｃ/ｓ]　１秒間に１[Ｃ]の電荷が流れる
ときの電流が１[Ａ]ということです。


※コイルに発生する磁力は何故Ｓ極からＮ極なんですか？ 

コイル外部ではＮ極からＳ極に磁力線が向かいます。
普通はコイル外部の磁力線を扱う問題が多いです。
だから磁束はＮ極からＳ極に向かうものだと思い込んでいるので
このような疑問がわいてきたと思うのですが
コイル外部ではＮ極からＳ極に磁力線が向かうなら
コイル内部では必然的にＳ極からＮ極に向かいます。


※交流の流れるイメージは電子が電線の中を行ったり来たりするイメージなのに何故電気を送れるのですか？ 

電線には自由電子が絶えることなく含まれています。
パイプの中の水が行ったり来たりした場合などを想像されるといいと思います。
そのパイプと水車を直列につないだ場合水が行ったり来たりすることで
水車に仕事をすることができますよね？


※何故銅は電子が飛び出しやすいのに磁石にならないんですか？ 

電子が飛び出しやすいのは導電率が高いからです。
磁石になりやすいとされてるものは保磁力が高いものです。
導電率が高いからといって保磁力が高いということはありません。


※電気は自由電子が移動するからと言う事なのに、何故電流が流れる向きは電子の流れる向きと反対なんですか？ 

これは定義です。　そう決めているだけです。
とくに深く考えずに定義だと思って素直に受け入れましょう。


※磁束密度とは１m2の垂直面を通る磁束の量との事ですがもっと分かりやすく解釈するにはどうすればよろしいでしょうか？ 

磁束と直角な単位面積を通る磁束数が磁束密度ということです。
こういうのが文章で理解しにくい場合は本なので視覚的に書いてありますので
そういうのを探されるといいと思います。


※レンツの法則の「誘導起電力は、コイルを通る磁束の変化を妨げる向きに誘起されるというのをもっと分かりやすく教えて頂けないでしょうか？ 

レンツの法則は誘導起電力の向きについての法則です。
コイルの磁束が減少するとその磁束の同じ向きに磁束が生じるような起電力が発生する。コイルの磁束が増加するとその磁束の反対向きに磁束を生じるような起電力が発生する。　ということです。　
　コイルの磁束の変化を打ち消すような方向の磁束が発生すると考えて　その磁束を発生させるような起電力の方向が誘導起電力の方向ということです。


お勧めの本があります。　「基礎電磁気学」電気学会（発売元オーム社）

GOLDEN · Answer

わかるとこだけ・・・

>原子には電子と原子核がありますが、電磁誘導によって得られた電流はコイルの 原子なのですか？ 
　コイルを構成している導線の中に存在する自由電子です

>交流の流れるイメージは電子が電線の中を行ったり来たりするイメージなのに何故電気を送れるのですか？ 
　固い透明なパイプの中に砂を少し入れ、その左右を塞いで、右をあげたり左をあ
　げたりしますと、真ん中の部分に砂が往復しますね
　この砂が電子、パイプが導線とみて、その砂が通る事が電力とすると、これが交
　流で電気が流れる原理と似ています
　つまり、同じ電子が行ったり来たりすることにより、電力が起ると言うことです

>電気は自由電子が移動するからと言う事なのに、何故電流が流れる向きは電子の流れる向きと反対なんですか？ 
　昔、世界で初めて電池が作られたときに、適当にプラスとマイナスを決めてしま
　ったのです
　後で電子の存在を定義するためだけに、その電池の原理を逆にするわけに行か
　ず、電子は負(－)の電荷を持つものと定義され、電子の流れる向きと逆向きに電
　流が発生する・・・と言うことになったんだったはずです

tanupon323 · Answer

※の質問に即答できないのが不甲斐ないのですが、電気関係の仕事をしたいというところに共鳴して出てきました。

　電気関係の仕事と軽く言うと範囲が広すぎて掴み所がないのですが、私の場合、上記のように即答できなくても、電気関係の仕事ができています。理屈も必要ですが、理屈抜きで憶えなければならぬものもあります。

　どんな世界の電気関係かは分かりませんが、とにかく飛び込んでみてから、必要な勉強を始めるという方法もあるかと思います。自分で壁を作って先に進めないと思っていると、結局そのまま(一度しかない大切な)人生が終わってしまうかも知れません。

Zincer · Answer

電気関係の専門家ではありませんが、とりあえず

※１Ａ＝１Ｃ＝１.６０２×１０-19でよろしいのでしょうか？ （違います）
１Ａ：電流（水でたとえるなら流量：ｍ3/s）
１Ｃ：電気量（同じく水量：ｍ3）＝１Ａ×ｓ
これでお分かりのように１Ａを１ｓ（秒）流すと１Ｃ流れたことになります。
１.６０２×１０-19（Ｃ）：おそらく電子１個の電気量のことを言いたいのだと思います。

※コイルに発生する磁力は何故Ｓ極からＮ極なんですか？ 
質問の意味を理解しかねますが、通常磁力線はＮ極からＳ極へ向かっていると考えるはずですが？（補足願います）

※原子には電子と原子核がありますが、電磁誘導によって得られた電流はコイルの 原子なのですか？ 
金属に限って説明いたしますが、金属内には自由電子（もとは原子中の電子）と言うものが存在し、これが電界によって移動し電流となります。

※交流の流れるイメージは電子が電線の中を行ったり来たりするイメージなのに何故電気を送れるのですか？ 
実際に送る必要があるのはその電子の持つエネルギー（電圧）です。電子が消費されるわけではないですよね。電線中の電子はそのエネルギーを伝えるための媒体と考えてください。

※電気は自由電子が移動するからと言う事なのに、何故電流が流れる向きは電子の流れる向きと反対なんですか？ 
電池や電気の理論が確立した後に、電子が負の電荷（ここが重要）を持つ粒子であることが判明した為でしょう。

※何故銅は電子が飛び出しやすいのに磁石にならないんですか？ 
原子の磁性に付いては気にしない方が身の為です（失礼）。全く関係ありません。実際に一般の磁石は電気を通さないでしょう。

※磁束密度とは１m2の垂直面を通る磁束の量との事ですがもっと分かりやすく解釈するにはどうすればよろしいでしょうか？ 
磁束の定義に付いては詳しくありませんが、最小単位の磁石（この定義が不明、詳しくは知りません）から、１本の磁束（磁力線）が出ていると考えてはどうでしょうか？

※レンツの法則の「誘導起電力は、コイルを通る磁束の変化を妨げる向きに誘起されるというのをもっと分かりやすく教えて頂けないでしょうか？
公式から説明すれば「磁束密度の時間変化量（時間微分）に－（マイナス）を付けたもの」となりますが、「なぜ－が付くか」ということですよね？事の真意はわかりませんが、自然界は急激な変化を好みませんので、「磁束が増えるときには減らそうとする（出来るだけ増えるのを抑える）方向で、減るときには増やそうとする方向に、電流を流そうとします。」と、言ったところでしょうか？

ふー！
とりあえずこんなところでしょうが、質問が多すぎます。忙しい人だったら相手にもしてもらえませんよ。今度からは分けて出しましょうね。といってもたくさんの質問を同時にするの問題がありますが。
とりあえず論法がかなり荒い為、自信無しにしておきますが、嘘は書いていないつもりです。

ymmasayan · Answer

ほとんどお答えが出揃っていますので一つだけ。

＞　交流の流れるイメージは電子が電線の中を行ったり来たりするイメージなのに何故電気を送れるのですか？ 

過去にこの欄で私が答えたことがあります。抜粋を載せます。（長いですが）

直流はいつも一定方向に電流が流れています。川の流れに似ています。 
交流は電流の流れる方向が常に変わっています。水なら潮の干満がそうですね。関門海峡では潮の流れが１日の内に東向きが２回、西向きが２回です。電気の場合、家庭に来ている５０ヘルツ（関東）や６０ヘルツ（関西）は交流で、１秒間にヘルツ数の倍の１００回（又は１２０回）方向が変わっています。波というのは＜山と谷＞で１つと数えますから＜西向きと東向き＞で１回（１ヘルツ）です。余談ですが、電球や蛍光灯も１秒間に１００回（又は１２０回）光っていると言うと専門家でもギョッとする人がいます。潮で言えば２回の干満で４回水が流れます。当然ですよね。　本題に戻します。 

川が流れているとき、上流と下流と言う言葉を使いますね。電気では上流をプラス、下流をマイナスと言います。関門海峡では上流と下流が１日に４回変わります。家庭の電気の場合も、２本の電線がそれぞれプラスになったり、マイナスになったり、お互いにめまぐるしく入れ替わっています。 

交流も直流も（水で言えば）水車を回したり、船や土砂を流したりしますからチャンと仕事が出来ます。家庭がなぜ交流かは過去のこの欄で議論されています。

参考URL：http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=111844

siegmund · Answer

物理屋の siegmund です．
Zincer さんの言われるように，こりゃ大変だわ．

補足の蛇足です．

(※1) Zincer さん，kuro さんの言われるとおりです．
1.602×10^(-19) クーロンはいわゆる電気素量です．
すべての電気量はこの素量の整数倍です．

(※2) kuro さんが明快に回答されているとおりです．
コイルの磁力線は閉曲線になっていますので，
コイルの外側でＮからＳへ向かい，内側ではＳからＮへ向かいます．

コイルでなくて，磁性体のときは事情がちょっと複雑です．
磁力線と言ったときに，磁束密度Ｂの線を意味するときと，
磁場の強さＨの線を意味するときとがあります(普通はは後者か？)．
磁性体の内部ではＢの様子とＨの様子は全く異なります．
磁性体の外側では様子に違いはありません．
この話はややこしいので，余り深入りしない方がよいかも知れません．

なお，コイルの場合は内側でも外側でも，ＢとＨの様子は同じです．

(※3) 金属の原子の外側の方にいる電子が，原子核の束縛を離れて金属全体を
自由に運動できるようになっていて(自由電子)，この自由電子が電流を担っています．

(※4) Zincer さん，kuro さんの書かれているとおりです．
作用が伝わってゆけばそれでよいわけです．
棒の手前を押して，先の方でものをつつくことができますが，
そんなようなものでしょうか．
手前の原子が直接棒の先まで動いて行っているわけではないですよね．

(※5) 電気に２種類あることを発見したのはフランスのデュ・フェーです(1733年)．
この頃は摩擦電気しか知られていませんでした．
今の正負の電気は，そのときの２種類の分類の歴史を引きずっています．
決め方は二通りですが，結果的に見ると「はずれ」でしたね．

(※6) 銅には自由電子があるという意味でしょうか．
鉄にも自由電子があるのに，なぜ鉄は強磁性体になるのに銅はそうならないのか？

銅は反磁性体です．電子系は反磁性の方が自然です．
鉄が強磁性体になる理由は非常に難しいんです．
いわゆる金属強磁性の問題で，決定的理論が出ればノーベル賞級の仕事でしょう．

(※7) これは説明が結構難しいです．
磁場の大きさを表すのに「磁束密度Ｂ」「磁場の強さＨ」という２つの量があることが
話を難しくしています．
磁場の大きさを表す，くらいに思っておいてどうでしょう．
ＢとＨの違いについては，もう少し勉強した頂くより仕方がないでしょう．

(※8) 既に Zincer さん，kuro さんの回答がありますが，
「自然な状態は変化に対して安定なような状態」というのが基礎でしょう．
もし，「変化を助ける向きに電流が流れる」のだったら，
最初ほんのちょっとだけ変化させてやれば，
あとは電流は流れ変化がどんどん勝手に大きくなって行きます．
そりゃ，いかにも不自然でしょう．

電気について詳しい方、教えて頂けませんか

わかるとこだけ・・・

※の質問に即答できないのが不甲斐ないのですが、電気関係の仕事をしたいというところに共鳴して出てきました。

電気関係の専門家ではありませんが、とりあえず

電気工学を７年間学んだ者です。

ほとんどお答えが出揃っていますので一つだけ。

物理屋の siegmund です．

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　※の質問に即答できないのが不甲斐ないのですが、電気関係の仕事をしたいというところに共鳴して出てきました。