地上で最大の電界強度Eを作る方法

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質問者：yaruzo2013
質問日時：2013/02/04 20:39
回答数：2件

こんにちは
地上で金属に最大の電界強度Eを与えるとしたら、どのような方法があるでしょうか？
私が考える方法は次の通りです。
a.半径１ｍの金属球を用意します。
b.その金属球の廻りを、バンデグラフ等で電子を帯電させます。
c.帯電は、金属球の廻りの電界強度Eが360 kV/cm （SF6の絶縁破壊電界）になるまで行います。同時にSF6で絶縁します。
d.金属球の廻りに爆薬を均等に仕掛け、金属球を爆縮させます。
e.爆縮により、金属球の半径を、仮に0.05ｍまで収縮させると、ガウスの法則により、瞬間的ではありますが、360 kV/cm×20＾２=144000 kV/cm=1.4×10^8 kV/cmの電界強度が得られる。
※半径１ｍの球が爆薬で0.05ｍ＝5ｃｍになるかどうかは、解りませんが、問わないものとします。
この方法以上に、更に高い電界強度が得られる方法はあるでしょうか？
１．球に一様に帯電させた場合、半径に２乗に比例します。一様ではなく、金属球が四重極になるようにすれば、半径に３乗に比例します。このことを使えば、更に高い電界強度が得られるのでしょうか？
２．薄い同心導体球殻を重ね、両者の間に電源を挟むか，一方を接地して他方に静電気か何かで帯電させれば，さらに高い電界強度が得られるのでしょうか？

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回答 (2件)

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No.2ベストアンサー

回答者： tadys
回答日時：2013/02/05 05:20

＞半径１ｍの球が爆薬で0.05ｍ＝5ｃｍになるかどうかは

球では無く球殻（サラダボールを二つ合わせたようなもの）にすればかなり小さくできるでしょう。
ただし、帯電していない球殻と帯電している球殻では必要なエネルギーが違う事には注意が必要です。
爆縮の方法は原爆の起爆装置を応用すれば可能でしょう。
実際にどこまで出来るのかはやってみないと分からないでしょうね。
どこまでできたかを計測するのも難しいと思います。

磁場を火薬の爆発で圧縮して瞬間的に大電力を作る方法は実際に行われています。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%88%86%E7%99%BA% …

原爆を爆発させた時に発生する EMP ではかなりの高電界が発生します。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E7%A3%81% …

高強度のレーザーでは10^12V/m程度の電界強度は得られています。
上記のような大げさな方法でなくとも、とがった針の先端では高い電界強度が得られます。
レーザー、とがった針の例については下記を参照
http://www2.scphys.kyoto-u.ac.jp/BIRDnet/07abgui …

この回答への補足

私の拙い「電界強度Eを作る方法」に、お付き合い頂き有難うございます。
＞球では無く球殻（サラダボールを二つ合わせたようなもの）にすればかなり小さくできるでしょう。
その通りですね。中身の詰まった鉄球は圧縮できないですね。説明不足で御座いました。

＞ただし、帯電していない球殻と帯電している球殻では必要なエネルギーが違う事には注意が必要です。
その通りですね。強烈なクーロン力に逆らって爆縮させるには、どのくらいエネルギーが必要なのか？を考える必要がありますね。

＞爆縮の方法は原爆の起爆装置を応用すれば可能でしょう。
技術的には、かなり難しいらしいですね。

＞実際にどこまで出来るのかはやってみないと分からないでしょうね。
＞どこまでできたかを計測するのも難しいと思います。
そうだと思います。今のところは、思考実験段階とします。

＞原爆を爆発させた時に発生する EMP ではかなりの高電界が発生します。
原爆や水爆を使う方法は、危険なので「無し」とさせて頂きます。（笑）

＞磁場を火薬の爆発で圧縮して瞬間的に大電力を作る方法は実際に行われています。
その通りです。爆縮して最大の電界強度を得る私の方法は、爆薬発電のことを本で見つけ、マネをしました。

＞高強度のレーザーでは10^12V/m程度の電界強度は得られています。
初めて知りました。cmに換算すると10^10V/cmですね。
私の拙い爆縮の方法（10^8V/cm）よりも、２桁も大きですね。自分では世界一の方法だと思っておりましたが、既に負けており少しがっかりです。
この資料（HP）は６年前のH19年のものなので、現在は更に性能が上がっているでしょうね？

すると地上で発生可能な電界強度は10^10V/cmでしょうか？

下記HPのP64式（7.17）によりますと、電気四重極の場合、E(電界）は半径の３乗に比例するようです。電気八重極（？）の場合、どうなるか解りませんが、半径の４乗に比例するかもしれません。そうすると、球殻の帯電の仕方を四重極や八重極にして、爆縮させれば、更に高い電界が得られると考えるのですが、如何でしょうか？10^10V/cmを超える方法を、思考実験的に考案したいです。

http://ksirius.kj.yamagata-u.ac.jp/~shibata/adva …