電機が流れるとなぜ物が動くのか

Question

まったくこういう分野に疎い物です。

ふと思ったのですがなぜ身近にある電化製品は電機を流す事で動くのでしょうか。
＋と－があってその反発でモーターが動くとかそういうのは、なんとなく分かるんですが、そもそもなんで＋と－は反発するんですか？
「そういうもの」なんでしょうか。

あとモーターで動いていないもの（PCとか）の原理はやはりわかりません。
なぜ電源をいれると演算するのか。

あと人間の思考や筋肉の動きも電気信号の伝達だということですが、要は人間も電化製品と同じ原理で動いているという事ですか？

eliyyahuu · Accepted Answer

「電気が流れるとなぜ物が動くのか」ですね。
モーターの原理は電磁石の原理です。

電線を筒形に巻きます。これを「コイル」と言います。
コイルに電気を流すと、磁気が発生し、コイルが一時的に磁石になります。
「電気を流すと磁石」だから「電磁石」と言います。
ここで、あなたの「右手」を出してください。
人差し指から小指までの四本を握ってください。
この四本の向きをコイルに電流が流れる方向とみなします。
このとき、あなたの右手の親指の方向が電磁石のS極になります。
これを「右手の法則」といいます。

モーターには永久磁石が固定されています。
この永久磁石のN極の近くに電磁石のS極があると、電磁石が引き付けられます。
電磁石がモーターの回転軸に付いているから、
回転軸が半回転することがイメージできるかと思います。

さて、この電磁石が永久磁石のN極に一番近づいたとき、
電磁石に流れる電気が、(+),(-)逆流するように、
あらかじめ配線しておくとします。
ここで、あなたの右手の掌を上に向けて、
再び人差し指から小指までの四本を握ってください。
この四本の向きも逆になりましたね？
ここで「右手の法則」を適用すると、
このとき、あなたの右手の親指の方向が電磁石のS極になり、
小指の側がN極になります。
モーターの永久磁石のN極の近くに電磁石のN極があると、電磁石が反発します。
ここで、回転軸がさらに半回転することがイメージできるかと思います。

えっ、電磁石が永久磁石と反発するから、逆回転してしまうって？
大丈夫、回転軸には大抵、電磁石が２個以上付いているので、
各々の電磁石が、永久磁石に近づこうとするときには引き付けられるように、
永久磁石から遠ざかろうとするときには反発するように、
うまく配線されて、回転軸がちゃんと回転するようになっています。


PCの原理は複雑なので到底ここに書き切れませんが、
電気を使った一番簡単な計算機をご紹介しましょう。

用意するものは、乾電池、導線、スイッチ2個、豆電球です。
(本当に用意する必要はありません。絵を描くだけでOKです。)
乾電池、スイッチ2個、豆電球を導線で直列(並列ではありません)に繋いでください。
ここで、スイッチが「OFF」のときの状態を「0」、「ON」のときの状態を「1」
と呼ぶことにします。
さらに、豆電球が点いていないときの状態を「0」、点いているときの状態を「1」
と呼ぶことにします。
一つスイッチを「X」、もう一つのスイッチを「Y」、豆電球を「Z」と呼ぶとき、
X, Y, Zにはどのような関係がありますか？

XとYの両方が「ON」のとき、すなわち「1」のとき、
豆電球が点く、すなわち「1」。
XとYのどちらか一方または両方が「OFF」のとき、すなわち「0」のとき、
豆電球が点かない、すなわち「0」になります。
表にまとめると：
X, Y, Z
0  0  0
0  1  0
1  0  0
1  1  1
になりますね。
これは何かに似ていますね。掛け算です。
X* Y= Z
0* 0= 0
0* 1= 0
1* 0= 0
1* 1= 1
このような電気回路を「AND回路」と言います。
「AND回路」以外に「OR回路」、「NOT回路」があります。

豆電球の代わりに電動式スイッチを用いると、
複数の回路を組み合わせることができますね。
大雑把に言えば、
「PCは、AND回路、OR回路、NOT回路の組み合わせで成り立っている」
と言いえます。回路の数は万をはるかに超えます。
現実のPCは、電源装置、冷却器、モニタやハード・ディスクなど
「AND回路、OR回路、NOT回路」以外のもので成り立っています。
これらのことは「デジタルライフ」のカテゴリで質問してください。


「筋肉の動き」は脳や脊髄から電気的な信号が神経細胞により伝達し、
筋肉繊維が収縮することによってなされます。
詳しいことは分からないので「生物学」に詳しい方に質問してください。


「電気的な信号」と言ったのは、PCの導線に電気が通る仕組みとは違うからです。
PCの導線に電気が通るのは、金属内の電気そのものの移動で、
速さは約３０万ｋｍ／秒です。
神経細胞の通常状態の細胞内はイオンにより(-)に細胞外は(+)になっていますが、
神経細胞が電気的信号(刺激)を伝えるときは、
ある部分(神経細胞全体は長細い)の細胞内は(+)にその部分の細胞外は(-)に反転し、
刺激が通り過ぎると、細胞内は(-)に細胞外は(+)に戻ります。
刺激は電気そのものではなく、この電気的反転現象の移動です。
刺激の伝達速度はわずか約１００ｍ／秒です。

また、神経細胞は刺激を別の神経細胞に伝えますが、この間にわずかな隙間があります。
これをシナプスと呼び、神経伝達物質の移動によって伝わります。
物質の移動ですから、電気的なものではありません。
そのため、刺激の伝達速度よりさらに遅いです。
シナプスに到達した刺激の総和(一つの神経細胞には一般に複数の神経細胞が繋がっている)
がある一定のレベルを越えると、新たに刺激が発生し、さらにこれが伝達します。

ところで、シナプスでの刺激が繰り返されると、シナプス自体が感じ易くなり、
このレベルが低くなります。
その結果、シナプスに到達する刺激が少なくても、新たな刺激が発生し易くなります。
これを「シナプス可塑性」と呼び、記憶や学習に重要な役割を持つと考えられています。
PCの電気回路は、工場で一旦作られれば、電気の流れ方が変わることはあっても、
電気回路自身が変化することは決してありません。
ところが、神経細胞は、シナプス可塑性などによって、
その繋がれ方が変わることがあるのです。
電気回路は途中で切れると故障しますが、神経細胞は、死んでも、
他の神経細胞がその役割を肩代わりすることができます。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%A5%9E%E7%B5%8C%E7%B4%B0%E8%83%9E

「人間の思考」は、脳の神経細胞のネットワークの刺激のやりとりでなされている
という予想がありますが、現在、さまざまなアプローチで研究中です。
「人間の思考」によって「人間の思考」が完全に理解されることはないと
私は思います。

BookerL · Answer

＞身近にある電化製品は電機を流す事で動くのでしょうか。

　「動く」電気製品は基本的にモーターが入っています。コイルに電流を流すと電磁石になるので、その磁力の引力や反発力を利用して回転運動を作り出しています。

＞＋と－があってその反発でモーターが動くとか

　これは、上に述べたように、電気の反発ではなくて、磁気の力を使っています。

＞そもそもなんで＋と－は反発するんですか？

　＋ と － は、反発ではなくて引き合いますが、なぜ引き合うのか、あるいは ＋ と ＋ はなぜ反発するのか、ということについては、私は「そういうもの」と思っています。
　＋電気のまわりに電場ができ、この電場によって他の＋電気や－電気に力を及ぼす、というようなことになるのですが、なぜ電場を作るのか、というように考えていくと、結局「そういうもの」ということでしょう。

＞なぜ電源をいれると演算するのか。

　ＰＣなどでは、電気を使って動力を作るのではなく、「情報処理」をしています。メモリー部分に電気をため、その電気が＋か－かで情報を記憶しており、＋ か － かの状態をいろいろ変化させることによって演算をしている、ということのようです。

＞要は人間も電化製品と同じ原理で動いているという事ですか？

　「原理」をどう捕らえるかですが、「＋と－は引きあう」というような原理は人間も電化製品も当然同じです。
　しかし、筋肉が動くのは、モーターのように磁気的な力によるものではないし、単純に「同じ原理で動いている」とは言えないと思います。

boson · Answer

学研の図鑑「電気」
http://www.geocities.jp/web_royalblue/rika/denki_z.html
をお勧めします。

絶版ですが、アマゾンで古本が入手可能です。
http://www.amazon.co.jp/dp/4050008149/

近所の図書館でも閲覧できると思います。

SilverThaw · Answer

>＋と－があってその反発でモーターが動くとかそういうのは
いいえ、違います。
モーターの肝は「磁石」です。
電線に電気を流すことで磁力が発生します。この磁力をモーターに固定された磁石と反発させたり引き付けたりして回転運動に変えています。

>なぜ電源をいれると演算するのか。
「電子回路」の勉強をして下さい。

>要は人間も電化製品と同じ原理で動いているという事ですか？
原理が違います。

電機が流れるとなぜ物が動くのか

「電気が流れるとなぜ物が動くのか」ですね。

＞身近にある電化製品は電機を流す事で動くのでしょうか。

学研の図鑑「電気」

>＋と－があってその反発でモーターが動くとかそういうのは

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