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物理の授業で、導体紙に電流を流して等電位線を求める実験をやりました。
↓これとほぼ同じ実験です
http://www.gakugei-hs.setagaya.tokyo.jp/physics/ …

この実験で、直線電極を用いて等電位線を測定する際、直線電極の外側の領域も調べるように指示があり、レポートでもそこを考察するように言われました。

「直線電極の外側の領域では、電位はどのようになっている」のでしょうか?
流れる電流がないため、電位0なのでしょうか?

検流計で直線電極の外側を調べたら、電源装置の+極につないだ電極の外は+側に、-極につないだ電極の外側は-側に触れたと記憶していますが、よく分からなくなってきました・・・。

gooドクター

A 回答 (3件)

ここ(

http://www.gakugei-hs.setagaya.tokyo.jp/physics/ …)と同じ電極配置なら、電極の外側には電流が流れる経路がないので、外側の電流はゼロです。電極の外側の電位は、-電極側がゼロ、+電極側は+電極と同じ電位です。

電極の外側には電流は流れないというのは以下の理由です。もし、直線電極が導電紙の端から端までなくて、図1のようになっていれば(→は電流の向き)、AからBに流れる経路があります。しかし、図2のように、この部分がなければ、電極の外側には電流は流れようがありません。

  ┌──────────┐
  │↓ B ← ←← ← A ↑│
  │ →┏┓←←┏┓→  │ 
  │ →┃┃←←┃┃→  │
  │ →┃┃←←┃┃→   │
       0    +V
【 図1 端まで電極がない場合 】

  ┌──┰┰──┰┰──┐
  │0 0 ┃┃←←┃┃+V │
  │0 0 ┃┃←←┃┃+V │
  │0 0 ┃┃←←┃┃+V │
       0    +V
【 図2 端まで電極がある場合 】

電流が流れていない部分の電圧は、場所によらず一定です。しかし、その値はどこでもゼロなのではなく、図2のように、マイナス電極(0V)の外側はゼロですが、+極(+V)の外側は+極と同じ電位です。電位差と電流の関係は水圧と水量の関係と同じで、水圧差がなかれば水が流れないのと同じように、同じ電位の場所間には電流は流れません。逆も同じで、電流が流れなければ電位差はできません。電位差がなければ電位は同じです。つまり、図2の電極の外側は電流が流れないので、その部分は電極と同じ電位のままです。この現象を数式で表わしたのが、電位差=抵抗×電流 というオームの法則です。電位差=0なら、電流=0でないとこの式が成り立ちません(逆に、電流=0なら電位差はゼロでなければならない)。もし、直線電極の外側の電位がpromethium さんの考えるように全部ゼロだったら、図3のように、+電極から外側に電位差があることになるので、+電極から外側に向かって電流が流れるはずです(-電極の外側は電位差0なので電流は流れない)。

  ┌──┰┰──┰┰──┐
  │ 0  ┃┃←←┃┃→ 0 │
  │ 0  ┃┃←←┃┃→ 0 │
  │ 0  ┃┃←←┃┃→ 0 │
       0    +V
【 図3 もし電極の外側の電位がどこもゼロなら 】

でも、この電流は戻り先がありません。しかも電流というのは、どこかで消滅したり湧き出してくることはないので、+電極から流れ出す電流の大きさと-電極に戻ってくる電流の大きさは同じです。つまり+電極から出て行く矢印の本数と-電極に戻ってくるの矢印の本数は同じはず。しかし図3では出て行くのが6本で、戻ってくるのが3本になってしまいます(ちなみに、図1の矢印の本数はどちらも6本で一致しています) 。したがって+電極の外側の電位がゼロというのはありえないことになります。

なお、誤解されているのかもしれませんが、電位(電圧)というのはどこかを基準としたもので、普通は-電極の電圧を0として、そことの電圧差(電位差)をその地点の電圧(電位)と言います。つまり電位0というのは人間が勝手に決めた電位なので、電流が流れないなど、何も起きていない状態だから電位0というわけではありません。
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この回答へのお礼

私はどうも電気が苦手で、電位がよく分かっていなかったのですが、図までつけてくださり、大変分かりやすいご説明で理解することができました。
ありがとうございました。
なんとかレポートの考察を仕上げることができました。

お礼日時:2007/07/19 00:35

>直線電極の外側の領域では、電位はどのようになっている」のでしょうか?流れる電流がないため、電位0なのでしょうか?



 #1さんの解説の通りです。
 外側の領域は電流が流れるところがありませんので、それぞれの電極と等電位と言うことになります。

>検流計で直線電極の外側を調べたら、

 電圧計ですよね?(テスタの電圧測定モード)

>電源装置の+極につないだ電極の外は+側に、

 プラス電極の電圧を表示するはずです。

>-極につないだ電極の外側は-側に触れたと記憶していますが、よく分からなくなってきました・・・。

 マイナスを基準に図っているのなら、振れないはずですが?
 ゼロ点調整はやっていますか。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

考察が進まず焦っていまして、投稿時に書き忘れていたことがあるのですが、

>電圧計ですよね?(テスタの電圧測定モード)
>マイナスを基準に図っているのなら、振れないはずですが?
 ゼロ点調整はやっていますか。

実験内容はリンク先とほぼ同じだったのですが、リンク先では基準点を-極に置いているのに対し、私らは+-の電極間を10等分し、その各点を基準点にして、検流計の針が振れない場所、等電位点を探し出せという実験でした。記述が足りず、申し訳ありませんでした。

No.1さんのご回答と合わせて読ませていただき、実験内容が理解できたので解決に至ることができました。
ありがとうございました。

お礼日時:2007/07/19 00:43

「直線電極の外側の領域では、電位はどのようになっている」のでしょうか?



 実際は
 外側にも8本の電位差の線が現れます
 外側にも電流は流れます 

 ただ測定(線が描ける)できるかは疑問ですが
  
 外側が異常に狭い間隔ですが8本の線が存在します
 (1/1000mmの間隔位で測定できるならば、線は描けます)
 まあ、この手の測定で測定できるとは思わないのですがね


 なぜ、始めに図Aの問題をやっているかです
 ここにヒントが隠されているのです

 図Aで外側に(-から左の方向、プラスから右の方向)が実験でどうなりましたかね・・・・・
 これがBの問題を解く鍵なのです

 この実験で、直線電極を用いて等電位線を測定する際、直線電極の外側の領域も調べるように指示があり、レポートでもそこを考察するように言われました。

 だから、Aの実験をした結果から、Bの実験を推察すると

 ・こうなるハズだ
 ・でも結果は・・・・○○だった
 
 でなぜそうなるのか・・考察することになります

 Aの実験をもとするとBの実験には
 外側にも8本の線が出ないといけない

 でもBの実験をするとでないはずです

 外側が異常に狭い間隔ですが8本の線が存在します
 (1/1000mmの間隔位で測定できるならば、線は描けます)
 そんな狭い間隔では実際に測定できないので、出ない

 Aから導いた答えと(予測)と違う結果・・・・・・・・・

 そこで 何故・・・・で考察となる訳

 答え書いてるとの同じになった
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
実験内容とご説明を読んで、納得・理解することができました。

お礼日時:2007/07/19 00:46

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