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いま電気回路を勉強していますが、電荷についてで、帯電してないものは電荷をもたなくて、帯電したものを電荷をもつということでしょうか?
つまり電子、陽子は電荷という量を持ち、原子は電荷という量を持たないということでいいんですか?
あと、ものの本には電荷とは電気の量と書いてありますが、その解釈は正しいのでしょうか?
電気自体がエネルギーを持った電荷の動きにより生じる現象のこと(あってますか?)を示すのに、現象の量なんて変だと思います。
また、エネルギーを持った電荷の動き…というので、電荷というのは量なのに動きって…全く意味がわかりません!
あと、電荷と電気量の違いを教えてください!
よろしくお願いします!!

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A 回答 (4件)

 こんにちは。

電荷と電気という、言葉について私見を述べます。

 電気は、私たちの日常生活の中で非常に広く用いられる言葉です。電気屋さん、電気製品、電気工事、電気通信、電気学科、電気自動車、電気機関車、などが、その例です。これらの言葉の「電気」の部分を、「電荷」に置き換えた言葉を、私たちは決して使用しませんね。このことから、電気と言う言葉は、電気や電流の関係するものに広く使われることがわかります。電気と言う言葉はいろんなところに使われるということは、別の言い方をすれば、私たちは電気と言う言葉に多様な意味を含ませている、ということです。なので、電気と言う言葉の意味は、あいまいになりやすいです。
 そこで、もっと限定した意味でのみ使用する言葉として、電荷があるのだと、私は思います。電荷の基礎は、静電気力に関するクーロンの法則にあると、私は思います。その内容は、あなたもご存知の通り、次のようなものです。
 「2つの電気を帯びた物体を、距離r[m] 離して静止させたとき、両物体には電気に原因を持つ、力(静電気力)が働く。その力の大きさをF[N] は、物体の持っている電気の量(これを電荷の大きさ、という)を Q1[クーロン],Q2[クーロン] とすると、F=kQ1*Q2 / r^2 なる関係が成立する。」
 この法則によって規定された電気(狭い意味での電気)が、電荷であります。
 電気量は、正確には、電荷の大きさ、と言った方が良いのです。しかし、電荷の大きさ、と言うところを、省略して、電荷、と言っているのです。この電荷には、電気現象の意味は含まれません。

以上の前提に立って、あなたの疑問に答えます。

>「電気自体がエネルギーを持った電荷の動きにより生じる現象のこと(あってますか?)を示す」

 その言い方は妥当である、と私は思います。しかし、電気と言う言葉は、もっと広い意味でも用いられることを、忘れないでください。というのは、上の電気の定義で、電気屋さん、電気製品、電気工事、電気通信、電気学科、電気自動車、電気機関車、などの「電気」が説明できるでしょうか。


>「電気自体がエネルギーを持った電荷の動きにより生じる現象のこと(あってますか?)を示すのに、現象の量なんて変だと思います。」

電気は、必ず「エネルギーを持った電荷の動きにより生じる現象のこと」である、のではありません。何度もいうように、電気はいろんな意味で使うのです。電気量というときの電気は、電荷のことです。

>「エネルギーを持った電荷の動き…というので、電荷というのは量なのに動きって…全く意味がわかりません!」

狭い意味での電気と電気量とは意味が違うように、電荷は、正確に言うと、電気量ではありません。電荷の大きさが、電気量なのです。電荷の大きさを、省略して、電荷、といことが多いのです。

>「電子、陽子は電荷という量を持ち、原子は電荷という量を持たないということでいいんですか?」

原子は電荷を持っています。原子中の電子には負電荷があり、また原子核には正電荷があります。原子と言うのは、原子核と電子とが集まってできていて、その集団全体が持つ電気量(=電荷)をそれから少し離れて外から測定すると、集団中の負電荷と正電荷とが打ち消しあうように働く結果、何も電荷を持たないように見えるだけです。

以上が、私の私見です。
 要約すると、物事をきちんと理解するには、省略されていることを、補って考える必要があるということです。
 日本人は、何もわからない初学者にも省略用語を使って説明する、悪い習慣があるように思います。それが、物事を正確に理解しようとする立派な心がけを持たれている、あなたを混乱させる、原因なのではないでしょうか。和歌や短歌では、言葉の外にある意味を、想像力などによって、補う力が必要ですが、科学では、そのような態度は慎まなければならないのだと、私は思います。
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この回答へのお礼

ありがとうございました!
かなり困っていたので助かりました(^^)
matelin様のおかげでかなりすっきりでき、
勉強もグンと進みました。
本当にありがとうございました。

お礼日時:2006/09/18 14:35

帯電:静電気に関する説明の時に使われることが一般的だと思います。


 異なる物質をこすり合わせて、一方が+に帯電すると、他方は-に帯電するなど。
 また、蓄電器(コンデンサ)も静電気を利用するものですね。

 電子、陽子は電荷を持ちます。
 原子はというと、「イオン」という状態になると、電荷を持ちます。
 原子という言い方は、元素の状態を表現する言葉でないので、電荷の有無を単純に表現できないと思います。

電荷と電気量については、#2さんが述べられていますので、割愛させて頂きます。
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この回答へのお礼

ありがとうございました!
かなり困っていたので助かりました(^^)
134様のおかげでかなりすっきりでき、
勉強もグンと進みました。
本当にありがとうございました。

お礼日時:2006/09/18 14:36

岩波理化学辞典では「電荷:全ての電気現象の根元となる実体であって、その性質は電気量によって規定される。

」とあります。
また、「電荷を電気量の意味にも用いることもある。」と記されています。概念としての電荷は電気現象の根元と考え、その根元が持っている量が電気量と考えればよいのではないでしょうか。
その最小量が電気素量e=1.602×10^-19〔C〕ということでしょう。
ほとんど電荷と電気量を同義として扱う事が多いです。
(だから電荷量という用語は用いない)
全ての電気量(電荷)はeの整数倍と考えられます。
電子は-e〔C〕、陽子はe〔C〕の電荷を持ち原子は正負等量の電荷を
もつので、見かけ上電荷を持たないように感じられます。
”電荷の動き”というような場合は、電気現象の根元をもった粒子(イオンや電子、陽子など)が動いたと解釈すればよいと思います。
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おはようございます。

学生時代に「電気磁気学」を学んでいました。
で、質問者さんと似たような基本的疑問を電気と磁気に関して持っていました。
私は卒業後も時々関連する書籍や、相対論・量子論の本を読んで答えを探しています。
こうした電荷や磁荷に関する問題は、未だに解決できていないんだと思います。
ただ、そういう疑問はあっても、実用の範囲では、計算どうりに事象予測ができるので、「とりあえずOK」になっているものだと思います。(電気磁気の微細領域問題っていうのかな?それは無視してもマクロ的に正しければOKってスタンス)
ニュートンが「重力の発生原因解明は今後の課題」と記したように、そうした電荷の疑問も将来解明されるべき疑問であって、その暁には、反重力装置や磁気単極エンジンなどが生まれるのではないか?と思っています。
ということで、疑問はあるでしょうが、とりあえず教科書の最後まで読んで、それでもダメなら「学生時代はこのレベルでいいんだ」と「大人の対応」をして、試験で100点満点を取るだけで満足しましょう(笑)

ただ、教科書って最先端の研究成果は反映しないので、もしかすると、質問者さんを納得させる説明が探せばあるのかもしれませんけど。
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p = mv = mc = hν / c = h / λ
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2. 電子は光速で飛び回っているわけではないので、
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従って、
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(ii)ポテンシャルが存在せず、Eを運動エネルギー+静止エネルギーと考えた場合(電子の速度は光速に比べて十分遅いので)・・・
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従って、
p = h / λ = hν / v = mc^2 / v ??
これも運動量の定義と矛盾します。

つまり、電子のように遅い粒子では、E = hν と p = h / λを同時に満たすことができないように思えるのです。

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 それでは、質問者様の質問に回答します。
1. ここで言う、電子のエネルギーとは何でしょうか、これには質量によるエネルギーは含まれているのでしょうか?(シュレディンガー方程式を見る限りは運動エネルギー+ポテンシャルのようにも思えますが・・・)

 電子のエネルギーは、静止質量エネルギーを含んだものです。シュレーディンガー方程式のエネルギーは、ご指摘のとおり、静止質量エネルギーは含んでおりません。このため、相対論的量子力学で扱うエネルギーとシュレーディンガー方程式で扱うエネルギーとでは、静止質量エネルギーの分だけ違いがあるということになります。これは(ディラックによれば)、物理的に影響のない項目です。なぜなら、ハミルトニアンは、実の定数分の不定さがあるからです。

2. 電子は光速で飛び回っているわけではないので、
p = mv = mc = hν / c = h / λ
は満たしません。にもかかわらず、ド・ブロイはなぜこの式を適用することができると考えたのでしょうか?
 
 既に上で述べたように、λν=v ではなく、E=hν と p=h/λから位相速度が決まります。ド・ブロイはなぜこの式を適用することができると考えたのか、については、ド・ブロイ自身の論文は見ていませんが、ディラックによれば、相対論的に不変な性質から出発してこの考えに至ったようです。つまり、エネルギーと運動量は4次元ベクトル(E/c,p1,p2,p3)を成します。波数ベクトルについても、(ω/c,k1,k2,k3)は4次元ベクトルとなります。どちらも4次元ベクトルであることから、エネルギー運動量を波で表すということは、光だけに限定されるものではなく、ほかの物質であっても成り立つものと考えた訳です。

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