電子の存在に無関係に発生する電界とは

できれば高校の物理の範囲でのご説明を宜しくお願いします。

私の理解では、電流や電界の発生は電子の運動に伴うものであって、
電子の存在とは無関係に存在するものではないと思っています。

ですから電流や電界が確認できれば、近くに必ず電子が運動しているとイメージしています。

ところが、電波の説明をちょっと思い出して考えてみたとき、電界が発生し、そこから磁界が発生し・・・ここまでは分かります。そして磁界から電界が発生して、電界と磁界が交互に発生する波が（空中に）できるということになっていたと思います。

電波は真空中でも伝わるとのことですから、電子の存在と無関係に電界が生じているように思えます。

もし、磁界が存在すれば（空中に）電界が生じるという自然現象が存在するなら、永久磁石を振り回したら、周囲に電界が生じそうですが、そんな話は聞いたことがありません。

磁界の変化から電流、電界が発生するのは、発電機の原理（レンツの法則？）
のように、磁界の影響で金属中の電子の運動が変化したことによるものかと思いますので、真空中では起きない現象かと思います。

そうすると、電波の説明で言うところの、磁界の影響から真空中に生じる電界とはいった何なんでしょうか？　磁界の変化がそのまま伝わって行って、アンテナなどで受信するとき、空間の磁界の影響で電子の運動が変わり、電流の変化として測定できるだけではないでしょうか？


私の理解にどこか大きな間違いがあるのだと思いますが、どこが間違っているのでしょうか？　

多分こうだろうといった、曖昧な説明ではなく、具体的な説明が欲しいので、宜しくお願いします。


マックスウェル方程式は、多くの実験結果をまとめたものだと聞きますから、電子の運動から切り離された電界の発生が確認された実験結果などのご紹介だけでもいいので、宜しくお願いします。

No.1 回答者： foobar 回答日時： 2007/05/12 08:26

「磁界の影響で金属中の電子の運動が変化」するとき、この影響を伝えているのは何でしょうか？

この回答へのお礼

磁力のゲージ粒子はモノポールですよね。見つかっていないので、ご質問の内容の回答は「不明」ということかと思うのですが、違ったらご説明をお願いします。

お礼日時：2007/05/12 10:56

No.2 回答者： endlessriver 回答日時： 2007/05/12 08:48

１．始めの誤解をときます。

　・電子の運動によっても電流や電界（の変化）が発生します。
　・電子が運動しない条件であっても電界は発生します。
　・電流は電荷の移動ですから、電子でなくても（イオンや他の
　　素粒子でも）よいです。
２．永久磁石を振り回したら、周囲に電界が生じているはずですが
　　そのようなやり方ではほとんど０としてよいほど微弱のはずです。
３．電荷・磁荷がない真空中でも磁界の変化が電界を、電界の変化が
　　磁界を発生するというのがマクスウエルの理論予想で、ヘルツにより
　　発見された電磁波です。
４．電磁波、電界・磁界とは何か？運動量やエネルギーが伝播して
　いると思われますが私にはマクスウエルの方程式で表された関係
　以外解りません。

この回答へのお礼

＞　・電子が運動しない条件であっても電界は発生します。
　
電界だけが突然発生する現象を教えて下さい。


＞・電流は電荷の移動ですから、電子でなくても（イオンや他の
　　素粒子でも）よいです。

そうすると、真空中では電荷粒子もないので、電流もなく、電界は
発生しませんね。


＞電界の変化が
　　磁界を発生するというのがマクスウエルの理論予想で

レンツとかアンペールの実験結果から理論を作っていますよね。ですから理論に含まれている、電流なしで磁界が発生したという実験があったのではという疑問なんですが。

＞マクスウエルの方程式で表された関係
　以外解りません。

マックスウェル方程式では、電流なしで電界が生じるという表現が出てきているという理解に間違いはないでしょうか？

お礼日時：2007/05/12 10:52

No.3 回答者： boson 回答日時： 2007/05/12 09:40

＞永久磁石を振り回したら、周囲に電界が生じそうですが

「パルサー」はまさにそのような原理で電波を発しているとされています。

http://www.st.sophia.ac.jp/scitech/scitech/no10/ …

http://www.aa.alpha-net.ne.jp/t2366/%E9%80%A3%E6 …

この回答へのお礼

非常に面白い例ですが、ただ電波が出ているのはパルサー内部からで、超伝導状態の電子の運動の影響ですよね。

お礼日時：2007/05/12 10:44

No.4 回答者： tetsumyi 回答日時： 2007/05/12 14:32

>そして磁界から電界が発生して、電界と磁界が交互に発生する波が（空中に）できる

確かに、その様に説明されていますがこれは電磁波がエーテルを通して広がって行くと言う古典的な考え方の上で説明されたものです。
真空中のエーテルの存在が否定されてから、この説明は正しいとは言えないと考えられます。
マックスウェル方程式は電波が到達するのに時間の遅れが生じる事を示しているだけで電界と磁界が交互に発生して伝わると説明する必要はないと考えます。
相対性理論による光速と同じ空間内での伝播の時間的な遅れとして説明できると考えています。
もっとも、電磁場と空間の理論的な完全な説明はアインシュタインが場の理論を完成できなかったのですからそう簡単ではないようですが。

No.5 回答者： moritan2 回答日時： 2007/05/12 17:50

電子でなくても電荷をもった素粒子はたくさんあるから(例えば陽子)

真空でも電荷をもった物体から一定の距離ならクーロン力がはたらきます。

No.6 回答者： endlessriver 回答日時： 2007/05/12 20:44

＃２です。

点電荷があれば（静）電界が発生します。基本なので教科書で。

電流が電界を作ると考えているようですが一般には「電流が磁界を
作る」という理解と思います。

マクスウエル以前に電流なしでも磁界が発生するという実験が
あったかは知りません。m(_ _)m

マックスウェル方程式では、電流なしで「磁界」が生じるという表現が出てきています。それは rotB/μ=ε∂E/∂t+i の部分です。

No.7 回答者： foobar 回答日時： 2007/05/13 12:49

＃１コメントに関して

通常は、磁束の時間変化によってできる電界により、荷電粒子に力が加わって、、、という説明になるのでは？
（磁石をまわして周辺に電界が、、というのはまさに、永久磁石界磁の発電機の電圧生成と同じですね。）

磁束の時間変化による電界でないと説明しにくい例
たとえば、高周波を金属の箱（内部が真空）に入射すると、（箱の寸法と周波数をうまく選ぶと）波長の1/2の間隔で高電界の部分が現れます。
これを、荷電粒子の運動だけで説明しようとすると、かなり無理がでるかと。（途中に電界の小さい部分をはさんで、高電界が現れる理由の説明ができないような）

（普通の誘導による電圧も荷電粒子の静的な電界では説明できないです。）

No.8 回答者： KENZOU 回答日時： 2007/05/13 15:07

電磁波は電磁場の周期的な変動が空間に横波となって伝播していくものですね。

この現象は，池の一端で手をバシャバシャさせると水面波が遠方に伝わっていく様子と同じ様に理解すればいいと思います。

＞ですから電流や電界が確認できれば、近くに必ず電子が運動しているとイメージしています。

この”近く”のイメージをよく考える必要があるのではないでしょうか。

＞波は真空中でも伝わるとのことですから、電子の存在と無関係に電界が生じているように思えます。

何も無い真空中(※）で電磁波が生じるということは言っていないと思います。電磁波は真空中を光速度で伝わるということを言っているだけですね。

（※何もない真空といえども叩けばいろいろ出てきますね。。。）

この回答への補足

＞＞ですから電流や電界が確認できれば、近くに必ず電子が運動しているとイメージしています。

＞この”近く”のイメージをよく考える必要があるのではないでしょうか。

表現が不十分だったかもしれませんが、マックスウェル方程式は、電界→磁界→電界→・・・と交互に振動する波を表していると思うのですが、磁界→電界の時点で、電子（荷電粒子でもいいですが）の存在と切り離されて電界が現れいます。荷電粒子の存在と無関係に真空中に電流が流れるのかという疑問です。

電界の発生は、電子の存在と対になって現れる現象と理解しているのですが、そこが違うということでいいのでしょうか。

補足日時：2007/05/14 12:32

No.9 回答者： proto 回答日時： 2007/05/14 03:11

＞磁界の変化から電流、電界が発生するのは、発電機の原理（レンツの法則？）

＞のように、磁界の影響で金属中の電子の運動が変化したことによるものかと思いますので、真空中では起きない現象かと思います。

磁場の時間変化により金属中に電場が発生するから、電場に沿って金属中の電子が運動するのではないですか？
因果の順序が逆かと思います。

この回答への補足

そうすると、電子など荷電粒子の存在なくして、磁場が生じる現象があるのですか？

電荷があるから、周囲に電場ができるというのはわかるのですが、磁場が先に発生する要因がないように思うのですが。

補足日時：2007/05/15 13:43

No.10 回答者： foobar 回答日時： 2007/05/14 12:51

電界の有無と電流の有無は別物です．

（ある電界があるからといて，そこに電流が流れないといけないというわけではありません．)

この回答への補足

電流、電子と限定したのがいけなかったのでしょうか。電荷の周囲にできる場が電場と考えているのですが。

＞そこに電流が流れないといけないというわけではありません

そこという表現もいけなかったかもしれない。
電流、もしくは電子（点電荷でもいい）に起因して、直接
電場が生じている。

ですから、磁場に起因して電場が生じるという
ところに疑問がるのですが。

＞電界の有無と電流の有無は別物です．

電界の発生要因は何かいう質問があったら、
電荷の存在叉は、磁場という回答でいいですか？

補足日時：2007/05/15 13:48