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光(光速)と電流(電子の移動日)の速度は同じと書いてあったのですが本当でしょうか?
個人的には光速の方が速いと思っています。
また、真空とは空気や空気中の物質が無い状態を言うのでしょうか?
仮に真空の中での光や電流の速度が同じと言っているにしても真空とは空気や空気中の物質が無い状態であるため空気中の物体を経由して進む光や電流は空気中に何もない真空の状態では流れないのではと考えています。

どうかよろしくお願い致します。

教えて!goo グレード

A 回答 (11件中1~10件)

まず、我々の時空には「電場」と「磁場」の存在を許す、という性質がある。


そうでなければ宇宙から電波は届かないし、そもそも可視光を含む電磁波も降ってこない。
観測事実から考えれば、我々の時空には「電場」「磁場」の存在を許すという性質がないと困るのである。
時空は物質を介さない概念なので、物質があろうと真空だろうと、その性質は影響を受けない。

この電場や磁場の変化の様子が周りに伝播する速度が光速なのである。
電場と磁場が互いに影響し合い励起し合い時空をどこまでも進んでいくのが電磁波であるが、電磁波とはすなわち光子である。
光が時空を進むということは、すなわち電気や磁気が時空を伝わるということである。
それも電磁波なのだから光速で。

なお、電子が光速になるのではない。
電子には質量がある。
電場の変化の様子が光速で伝わるのである。
そしてそれが「電気」の正体である。
これは導線の中でも同じである。
電気のおおもとは自由電子であるが、名前ほど自由なわけではない。
導線の結晶に邪魔されて、1秒間に数ミリしか進めない。
しかしその「数ミリ動いた」という情報が光速で周囲に伝わる。
そして電流となる。

そういう情報を伝える存在とは、つまり仮想粒子(ボソン)である。
この仮想粒子には質量がない。
光子がそうであるように、質量のない粒子は光速でしか動けない。
すなわち電場の変化の様子を伝える仮想粒子も光速しかとらないということである。
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例えば長さ100 mの棒が有るとする。


水平において片側を1 cm押したとしましょう。
すると、棒の反対側も1 cm 動くでしょう。

棒を1 cm押したことはほぼ瞬時に10Om先に伝わりましたが、
棒は 1cmしか動いてません。

>真空とは空気や空気中の物質が無い状態であるため
>空気中の物体を経由して進む光や電流は空気中に
>何もない真空の状態では流れないのではと考えています。

電流はともかく、光は何も物質の無い真空を伝わります。
でないとお日様の光は届かず真っ暗です。
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電気や磁気の現象において「何らかの電磁気的な影響(力)が伝搬する速度」が存在するはずです。

電気現象は電流が流れることで生じるので、この伝搬速度を電流の移動速度(すなわち、"電子が移動する速度")と考えたくなります。
しかしながら、コンデンサを通過する電流のように、電子の移動を伴わない電流もあります(これは変位電流と呼ばれてますが、電流には違いありません)。その場合、コンデンサの片方の電極の電位が変化すると、他方の電極には電極間の距離を光速で除した時間だけ遅れて影響が現れます。
また、電線を流れる電流については、電線の片端の電位が変化すると、電線の距離を光速で除した時間だけ遅れて、反対側の端の電位が変化します。(これが、#1回答の最後にある「電気エネルギーは電線の中を通るのではなく、電線の間の空間を伝わっていく」という意味です)
すると「何らかの電磁気的な影響(力)が伝搬する速度」は、(1)電子等の電荷担体が移動する速度の他に、(2)空間を伝わる光速があるわけです。

電荷担体が直接に起因する電流についても、半導体の内部で自由電子と正孔が対発生が起こると、その発生率に比例した電流が発生します。いったん対発生が起きた後の電流は(1)の形で表すことが出来ますが、対発生による影響は、対発生が起こった地点から(2)の光速で伝わります。
このように、(1)電子自体の移動速度と(2)電磁気的な影響(力)が伝搬する速度を区別しなければなりません。
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ひょっとして、例えば「電池に管が繋がっていて、スイッチを入れると電池の極から水が流れ出してもう一方の極に流れ込む」と言ったイメージを持たれてるのではないでしょうか。

そうではなくて言わば「管には最初から水が詰まっている」と言うイメージの方が適切です。スイッチを入れると水が動き出して、管に繋がっているモーター等はスイッチを入れるとほぼ瞬時に動き出す事になります。
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多くの人が良くする間違いなのですが、電気というのは電子の流れではありません。

簡単に言えば、長い棒を考えて片方の端を押し引きすれば、もう片方の端も押し引きしますよね、この押し引きする力がつたわるのが電気であり速度が光速です。実際の棒の動き、こちらは数mm程度でしょうがこれが電子の動きです。棒がゆっくり動いても、動きが端から端に伝わる速度は光速なのです。

ちなみに他の回答にある、電流が電線の間を伝わるというのは、電線の内部を伝わっていると考えると速度が遅くなり(媒体中の光の速度は遅くなります)、実際の電気の伝達速度より遅くなってしまうのです。なので電気は電線の”中”ではなく”外”を伝わっているということなのです。
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追記ですが、光も電子も空気中の物体を経由して進むわけではありません。

どちらも真空中を進めます。また電流は基本的には導線に当たるものが必要ですが、いずれにせよ「電流は空気中の物体を経由して進む」と言うのはおかしな記述です。ひょっとして「電流とは何か」を誤解されてるのでは?
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そもそも「電流の速度=電子の移動速度」ではありません。

電流の速度は(ほぼ?)光速と同じだと読んだ事がありますが、導線中の電子の移動速度はそれよりずっと遅くなります。
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電流は電線などの導体の中を流れますが、光は真空中を突き進みます。

夜空の星は、はるかかなたの恒星から届く光です。

電流が流れるには導体が必要なので、電流は真空中は流れませんが、電波は真空中を伝わります。探査衛星との交信は電波を使っています。
なお、光は電磁波の一種でもあります。

光速と電流が流れる速さの比較では、光速の方が若干早いというのが専門家の見解のようです。
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「電子の移動日」ってなに?



なお「空気中に何もない真空の状態」は全く意味不明. そも「真空」なら「空気」もないのだ.

あ, #1 で「電子の移動速度」といっているのは「導体中の電子の移動速度」であって, 「自由空間での電子の移動速度」ならもっと大きくもなる. で, この辺の話のアナロジーとしては「ストローでジュースを飲む」ことを考えるといいだろう. ストローでジュースを吸うときに, 口に入ったジュースは「コップからすぐに口に入った」とは思わない... よね?
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>>電子が地球を一周した事で電球が点灯したのではないのでしょうか?



いいえ、電子は1mm以下しか移動していません。2本の電線の間の空間を電磁波が光の速度で伝わって、電球を光らせるのです。
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