理化学辞典第五版にのっている、「ヘルツの実験」について部分を説明してください.次のように説明されています(図付き)「1888年ヘルツが電磁波の存在を証明した実験.2つの金属小球をわずかな間隙を隔てて向き合わせ,それらを誘導コイルの両端に結んで間隙に火花放電をおこさせ,…」

(1)「近くに小間隙をもつ適当な大きさの針金の輪(ヘルツ共振器,Hertz's resonator)をおく」とありますが、この針金の輪は、現在でいうところのなにに相当するのでしょうか?アンテナ?だとすると、なにアンテナに近いでしょうか?そしそのパラメータはどのようにとったものと考えるべきでしょうか.

(2)「輪の面が火花間隙の線に平行なときは円輪の間隙に火花が飛び,垂直のときは飛ばない.」これは、どのような原理によるものと説明されるのでしょうか?

(3)「この実験によりマクスウェルが理論的に予測した電磁波の実在が確認された.」とありますが、この記載はあっていますでしょうか?

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A 回答 (2件)

どのくらいの知識を要求しているのか分からないですけど、それは私の判断で答えてみたいと思います。


(1)まさに、アンテナです。「八木アンテナ」の楕円形ところです。{「八木アンテナ」というのは、今は少なくなりましたが民家の屋根についているテレビのアンテナのことです。glairさんが何歳なのか分からないんですが、年配の人に「屋根に付いてるテレビのアンテナ」と言えば、みんな知っているので絵を書いてもらって下さい。}
(2)○○原理という難しいものを使わなくても、火花間隙での電子の振動を考えれば簡単に説明ができるので、○○原理により説明される!とはいきません。詳しくは、図で説明しないとわかりにくいのでしませんが、簡単に言えばマイナス側の針金と、プラス側の針金の間の空気中のイオンなんかがプラズマ状態と言うか、電気的振動をすることによって、電磁波が発生しているので針金と平行にアンテナを張らないと受信はできません。と説明されてしまうので、○○の原理というわけにはいかないのです。
(3)その通りです。この現象が基になってジョージ・クラーク・マクウェルという人が、有名な4法則を作りました。この実験が発表されるまでは、電磁波は理論的なもので、普通の人にはイメージできない物でしたがヘルツによって電磁波が普通の人でもまるで「目に見えるように」イメージしやすいものになりました。今、世の中人が電波と聞いて、イメージできるのもヘルツさんのおかげです。つまりヘルツの実験は、とても大切な実験のひとつです。
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(1)おっしゃる通りアンテナです。

1ターンのループアンテナでしょうね。
   テレビアンテナのラジエータに使われる「フォールデッド・ダイポール」の親戚とも言えるでしょう。パラメータの意味がよくわかりませんが、円周が1/2波長に合わせてあり、共振型のアンテナになっています。
(2)電波が横波であるということと、電界の変化をとらえるため、面が発振器の方を向く必要が有るのでしょう。受信アンテナを直線にのばしてみるとそれがよくわかるはずです。
(3)共振型のアンテナで(波長から)電磁波の速度が判ったとかで、電磁波の存在が証明されたと、いろんな文献に書いて有ります。
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Qヘルツ

PS3から音楽を取り入れるときに、41ヘルツと48ヘルツというのがありました。
いつも41ヘルツにしているんですけど、48ヘルツにすると、音質かなんかに関係するんでしょうか?
そういうのはよくわからないので、教えてくれたらと思います。
回答お願いします!

Aベストアンサー

41ヘルツ、48ヘルツではなく、44.1kHz、48KHzの勘違いと思いますが…。

これはデジタル音声のサンプリング周波数と言って、1秒を44100に分けて標本化すれば44.1kHzサンプリング、48000に分けると48kHzサンプリングとなるわけです。

音質に関係してきます。
サンプリング周波数が高いほど、すなわち1秒あたりの標本化数が多くなるわけで、より分解能が高くなり、収録できる周波数特性も広くなります。
ちなみに音楽CDは44.1kHzサンプリングで収録されています。

ただ、44.1kHzと48kHzサンプリングでは、聴感上ほとんど差を感じないと思います。
音楽CD化するのであれば、44.1kHzを使えば、48→44.1kHzのリサンプリング処理をしなくてすみます。

Qフランク・ヘルツの実験

フランク・ヘルツの実験をおこないました。

実験データを加速電圧を横軸に、プレート電流を縦軸にとりグラフをおこすと極大値を4つ持つ曲線となりました。

理論には加速電圧が励起エネルギー毎に極大値がでるあとありましたが、それは同じエネルギー準位のところで、原子が励起されるということを表していると考えていいのですか??

なぜ毎回同じ準位で励起がおこるのでしょうか?

Aベストアンサー

 #2です。
 補足を拝見しました。

>とても不思議なのですが、1・2・3と定常状態があり、エネルギーもこの順番に大きいとします。それで3の状態で励起がおこることがあると思うのですが、なぜ1・2という状態では励起しなかったのでしょう…励起に十分なエネルギーがあるのに…

 まだ用語の使い方が変です。
 基底状態から励起された状態のエネルギ準位を低いほうからE1,E2,E3、・・・と数えていったときに、何故E1ばかりに遷移しE2やE3しないのか、と質問したほうがいいですよ。
 その疑問はもっともで、E2やE3にも遷移はあったと思います。ただその遷移の回数がE1に比べると圧倒的に少なかったので、グラフに現れなかったということだと思います(E1へ遷移しやすいのは分かりますよね。遷移確率はエネルギ差が小さいほど大きくなりますので)。その場合、グラフの変化だけでE2やE3への遷移がなかったと結論付けるのは早計です。
 もし、E2やE3への遷移があれば、発光のスペクトラムを解析すればそれに対応した波長が検出されるはずですので、それによって他のエネルギ状態への遷移を検証すると良いと思います。


>もちろん波長は計算しました。すると70nmと可視領域を外れているのです。
>これは電流の極大値とリングの出現は少し遅れていることと関係があるのではと考えています。しかし1回目では発光してないことによって考えはかなり難しい…

 この理由については分かりません。
 実験の内容(ガスの種類、実験装置の構成など)や極大値での加速電圧の間隔などを詳しく書いて、他の詳しい方が回答してくれるのを待ったほうがよいかもしれません。

 #2です。
 補足を拝見しました。

>とても不思議なのですが、1・2・3と定常状態があり、エネルギーもこの順番に大きいとします。それで3の状態で励起がおこることがあると思うのですが、なぜ1・2という状態では励起しなかったのでしょう…励起に十分なエネルギーがあるのに…

 まだ用語の使い方が変です。
 基底状態から励起された状態のエネルギ準位を低いほうからE1,E2,E3、・・・と数えていったときに、何故E1ばかりに遷移しE2やE3しないのか、と質問したほうがいいですよ。
 その疑問...続きを読む

Q福島原発西と東で違うヘルツをなぜ統一しなかったのか

なぜ西日本と東日本でヘルツの違う原発を導入した?

なぜ西日本と東日本でヘルツの違う原発を導入したんですか?

どちらが先か知らないですが、ヘルツが違うものを使った場合
片方が使えなくなった時に、バックアップできないことはわかっていたんですよね?

それらのになぜ後に導入するほうをヘルツが同じものにしようとしなかったんですか?
そして、ヘルツが違うとわかってからかなりの年月がたっているんですよね?それなのになぜ、その間に片方のヘルツに統一しようとしなかったんですか?

Aベストアンサー

kenchin
発電所は、供給区域の周波数に合わせたものが建設されます。
確かに、理論的には60Hzの地域(例えば大阪とか)に50Hzの
発電所を建設しておいて50Hzで発電し、送電する段階で60Hz
60Hz管内に送電するってことも可能ですが。。。

でも、関東に送るには60Hzの電力が既に流れている送電線を
利用するので、やっぱりどこかでもう一度50Hzに変換する必要
がありますよね。

もちろん、大阪に50Hzの発電所を作って関東まで専用の50Hz
向け送電線を....なんてプランもあるでしょうが、これではもう商用
ベースに載りません。


片方の周波数に統一出来なかったのは。。。
理由は色々ありますが

・昔は周波数が違っていても余り大きな問題ではなかった
   当時(明治大正~先後しばらくですが)は需要が小さかったし
   停電してもそう大問題にはならなかった。
   PCなんてものもありませんでしたしね。
   需要が小さいので、100万kwの融通電力可能量でも
   充分まかなえた。
   大規模停電による経済被害は、今よりずっと小さかった。
   今では産業の隅々までPCが導入されていたりして、もう
   瞬間的な停電(1秒とか)でも要注意になってますしね。

・需要家が周波数変更を了承しなかった。
   国の1/2が、事前アナウンスがあろうがなかろうか
   突然全部の電化機器(家電も工場設備も)交換しなきゃ
   ならなくなるんですから。

・供給を絶やさないように発電~配電設備を改造することは不可能
   上にも書いたように、60Hzで流している所に50Hzの発電所
   や送電設備を作っておくことは実質不可能なんです。
   また、設備を改造するには数カ月~年単位の時間が必要で
   その間は停電です。
   やるなら、今と同じ設備を全く新しく1セット作ってから、切り替え
   を行うしかない。
   それはもう経済ベースでも用地確保でも不可能だったんですね。


世界でも、国内の周波数を後で変更したって例は聞いたことがないです。
(それまで電気が殆ど使われていなかった所とか、極小島国とかは
別ですよ。)

kenchin
発電所は、供給区域の周波数に合わせたものが建設されます。
確かに、理論的には60Hzの地域(例えば大阪とか)に50Hzの
発電所を建設しておいて50Hzで発電し、送電する段階で60Hz
60Hz管内に送電するってことも可能ですが。。。

でも、関東に送るには60Hzの電力が既に流れている送電線を
利用するので、やっぱりどこかでもう一度50Hzに変換する必要
がありますよね。

もちろん、大阪に50Hzの発電所を作って関東まで専用の50Hz
向け送電線を....なんてプランもあるでしょうが、これで...続きを読む

Q物理:電磁波,磁場,電場,光子について

 物理は勉強したこと無いです。ですから,マクスウェルの方程式みたいな数学的な説明は理解できません。語句的な知識は最低限あると思います。

 質問です
 電磁波は電磁場の波が伝播する現象ですよね!?

 では,電場(電気的な力が作用する空間)とは何ですか??
 電気的な力とは電子や陽子などの電荷を持った粒子が関わったものなんでしょうか??

 磁場(磁力の作用する空間)とは何ですか??
 磁力は想像できないです。磁力とは何なのでしょうか??

 最後に,光とは波ですよね!?それは理解できるのですが(何となく...)。光子というのは,光が粒子のように振る舞うので仮想的に粒子とみなしたものなのか,それとも,その波のエネルギーが具現化(?)して粒子になったものなのかどうか分かりません。

 簡単に・具体的に教えてほしいです。お願いします。また,そういった本があれば教えて下さい。

Aベストアンサー

質問です
 電磁波は電磁場の波が伝播する現象ですよね!?

YES.

電場(電気的な力が作用する空間)とは何ですか??

電荷があるとします。その近くにもう一つ電荷を帯びたものがあるとします。お互いにこれらの電荷は反発するか引き合います。つまり電荷が他の電荷にクローン力を与えるような空間を作ったことになります。これが電場です

磁場
電場の概念を磁気に適応したものです。

磁力
電場に変化があると磁場が生じます。磁場に対してその源になる磁気を想定しているのだと思います。磁気同士は引合ったり反発し合ったりしますからこの力が磁力というのではないでしょうか。

電磁波
電場が変化すると磁場が生じます。磁場が変化すると電場が生じます。これがくり返し起こりながら空間を伝わるのが電磁波ではないでしょうか。

光とは波ですよね!?
もともと原子核の周りを公転している電子の性質を調べていると、粒子としては説明のつかない現象が起きていてこれを波動としてとらえると解決できるということが根本的にあるようです。したがって量子力学で出てくる粒子は波(動)は、粒子と波の二面せいがあると考えられています。光は波ととらえることができますが、粒子としてとらえた時は光子といえます。

質問です
 電磁波は電磁場の波が伝播する現象ですよね!?

YES.

電場(電気的な力が作用する空間)とは何ですか??

電荷があるとします。その近くにもう一つ電荷を帯びたものがあるとします。お互いにこれらの電荷は反発するか引き合います。つまり電荷が他の電荷にクローン力を与えるような空間を作ったことになります。これが電場です

磁場
電場の概念を磁気に適応したものです。

磁力
電場に変化があると磁場が生じます。磁場に対してその源になる磁気を想定しているのだと思います。磁気同...続きを読む

Q自然界のヘルツはどのくらいなのでしょうか?

自然界のヘルツはどのくらいなのでしょうか?
また自然界のヘルツの最高値はなんでしょうか?

Aベストアンサー

蝙蝠 (コウモリ) が 30kHz から 100kHz の超音波を発してその反射音を頼りに暗闇を飛び回っていることは良く知られているものですが (盲目の人が音で周囲の状況を知るのと同じです)、犬も犬笛 (NHK アニメ「獣の奏者/上橋菜穂子著」で出てくる「音無し笛」ですね) という 20kHz 以上の音を出す笛に反応します。

人が聴き分けられる音は 10kHz から 20KHz が最高値ですが、You Tube の検索欄に「Test Tone」とでも入力してみればたくさんの検索結果が出てきますので試しに聴いてみてください。

ちなみに You Tube の Test Tone Video では 8kHz 以高の音をきちんと再生できるものが極めて少ないことを予め御了承ください。

これは聴く人の再生装置 (PC や Audio 機器) の性能 (特に Digital Internet 信号を Analog 音声信号に変換する部分) が悪かったり Internet に掲載する上で必要な Digital to Digital 変換の際に生じる Error に起因するもので、10kHa よりも 13kH の方が高い音の筈なのに低く聞こえたり、緊急サイレン音のような唸り音しか聞こえないなどという際は例外なく本当の高周波音ではなく Error 音が生じています。

極めて良く再生できる音源 (Video) であっても 20kHz などという音は聞こえない筈です・・・筈ですと言い切れるほどです(笑)・・・20kHz 以上の再生能力がどうのこうのという議論にあまり意味がないのもこのためです(汗)。

ちなみに私の場合、小学生の頃には古い TV が発する 19kHz の信号音が気になると言っては周囲の人に「そんな音などしていないよ」と言われて困惑した記憶があるのですが、歳を取った現在では 12kHz が聴覚限界のようで、しかも 1kHz に合わせた Volume では 8kHz 以上の音が耳鳴りに隠れてしまう (滝汗) ほど感度が下がっています(泣)。

自然界には蝙蝠が発する音波以上に高い周波数の音を出すものがいくらでもあり、これらの音を直接収録できる Microphone がないことから計測には音波を映像で測る Laser 干渉計などが用いられるのですが、こうした高周波の音は僅かに距離や方位がずれただけでも大きく減衰して消え去ってしまうので何がどんな音を出しているのかを知るのは極めて難しいものです・・・限界値は大気中を伝達可能な音波周波数を空気の分子運動 Level まで考察した限界値になるのでしょうね・・・人工衛星などが大気圏に再突入する際に空気を切り裂く音などはほぼこの限界値に達するのではないかと思います。

一方、低周波側は DC (直流) に限りなく近い周波数まで存在します・・・定常波ではありませんが、風は 0.001Hz とか 0.000001Hz といった Level の低周波音を地球の自転運動と太陽熱などによる大気の流れによって作り出していますし、生物も例えば鯨などは人間の耳には聞こえない低周波の鳴き声を発しています。

You Tube の検索窓に「whale sound」とでも入れて検索すれば鯨の鳴き声を何十倍もの高さ (Tape 回転速度) で再生することによって人の耳に聞こえるようにした Video がたくさん Hit します。

それよりも Audio の場合は「人間の聴覚 (脳の音波信号処理 Algorithm) は計測器とは大きく異なる性格をしている」ということを認識する方が大切です。

視覚もそうなのですが、下記参照 URL の「錯覚の仕組み…錯視と錯聴を体験!…Illusion Forum」という Web Site で遊んでみてください。

ここには錯聴一覧の Category もありますので「人の聴覚というものは不思議なものだなあ」と思うことでしょう。

参考URL:http://www.brl.ntt.co.jp/IllusionForum/index.html

蝙蝠 (コウモリ) が 30kHz から 100kHz の超音波を発してその反射音を頼りに暗闇を飛び回っていることは良く知られているものですが (盲目の人が音で周囲の状況を知るのと同じです)、犬も犬笛 (NHK アニメ「獣の奏者/上橋菜穂子著」で出てくる「音無し笛」ですね) という 20kHz 以上の音を出す笛に反応します。

人が聴き分けられる音は 10kHz から 20KHz が最高値ですが、You Tube の検索欄に「Test Tone」とでも入力してみればたくさんの検索結果が出てきますので試しに聴いてみてください。

ちなみに You Tube...続きを読む

Qフランク・ヘルツの実験について

フランク・ヘルツの実験について質問があります。

この実験は、加速電圧を増加して行ったときプレート電流がだんだん
増加していき、あるところで極大をむかえます。その後プレート電流
は、急激に減って、極小をむかえます。

ここで疑問なのです。実験書、物理学の書籍等をいろいろしらべたので
すが、極大をとったところの加速電圧を、この実験では重要なデータと
して調べているみたいなのです。わたしのこの実験に対する理解では、
プレート電流が極小のときに、非弾性衝突が起こっているのだから、こ
ちらのほうがデータとして重要なのではないかと考えてしまうのです。

おそらく、わたしの理解が間違っているのでしょうけど・・・・。

プレート電流が極小になったときに、非弾性衝突が起こっているという
私の理解のどこがおかしいのでしょうか?
教えてください。

Aベストアンサー

> 極大のときって、非弾性衝突は、全く起こっていないのですよね?
極大のときの電圧を少しでも超えると山が低くなり始めるということは,
もうその時点で一部の電子は非弾性衝突をしてることになります.
すなわち励起エネルギーに達したということです.

Q100ヘルツの音の求め方

こんにちは。ヘルツという概念についてまだ未熟な面もあり、現在いろいろと勉強中ですが、例えば100ヘルツの音をシンセサイザーやサンプラーで作る場合、100ヘルツの音程をどのように求めることができますか?図表や計算式をネットで調査したのですが、欲しい情報が見付けることができませんでした。
もし分かる方おりましたら、ご教授いただければ幸いです。

Aベストアンサー

シンセサイザーを深く勉強されている方のようですね。
やはり、周波数の知識が未熟だと苦労すると思います。逆に言えばそれがわかれば音の技術的な理解は簡単になると思います。

周波数を求める数式は
F = 1 / T

FはFrequency(周波数)の意味
TはTime(時間)の意味です。

ちょっとここで、式の形を変えてみて、
T = 1 / F

とします。Fに100を代入して見て、

T = 1 / 100
となりますから、答えは0.001となります。これは言い換えれば
10*10E-3(10のマイナス3乗 *わからなければ”指数”で検索してみて)

10のマイナス3乗は”ミリ”ですから10m秒 = 10msecです。

これは100ヘルツという波形は1周期が10msecであるということを表しています。

Qフランク・ヘルツの実験

フランク・ヘルツの実験で次のような課題が出されました。
「フランク・ヘルツ実験器で、プレート電圧をカソードよりもわずかに負にしておき、Vaを変化させるとある電圧で負のプレート電流がながれ出る理由を述べよ」
Va→電子の加速電圧
まずきになるのが「プレート電圧」。これはプレート電流の間違いではと思ったのですが…。(この先生のプリント間違いだらけなんです…ほかにもタイプミスがたくさんありまして…)加速電圧って言葉はでてきましたが、これは聞いたことがないです。
この問題の答えがわかりません。この文章のなかで足りないものがあればそこについても書いていただけるとたすかります。
よろしくおねがいします。

Aベストアンサー

ボーアの量子論にある、原子が離散的なエネルギーを持っていることを検証するために、フランクとヘルツが行った実験です。したがって、原子の基底状態や第2、第3・・・励起エネルギーを調べるための原子が必要になります。これには、ネオンやアルゴン、水銀蒸気などが使われます。

あらかじめ、プレートに負電圧を加えておきますが、後で分かりますが、この電圧を超えないと電子がプレートに到達できないようにしているためです。

加速電圧を0Vから少しずつ上げていくと、ネオン原子などに衝突しながらも、ほとんどエネルギーを失うことなく、プレートに到達でき、電流が増加していきます。

さらに加速電圧が高くし、ネオン原子の基底エネルギーと同じ程度のエネルギーを電子が受け取ると、非弾性衝突を起こし、電子のエネルギーはネオン原子の励起のために吸い取られてしまいます。

エネルギーを失った電子は、プレートに到達できず、また、プレートにはもともと府電圧が加わっていましたので、この電圧を超える加速電圧が得られないうちは、電流は減少していきます。

このときの加速電圧Vaによる電子のエネルギーeVaが励起エネルギーとなります。(Vaが5Vなら、5エレクトロンボルト)

ボーアの量子論にある、原子が離散的なエネルギーを持っていることを検証するために、フランクとヘルツが行った実験です。したがって、原子の基底状態や第2、第3・・・励起エネルギーを調べるための原子が必要になります。これには、ネオンやアルゴン、水銀蒸気などが使われます。

あらかじめ、プレートに負電圧を加えておきますが、後で分かりますが、この電圧を超えないと電子がプレートに到達できないようにしているためです。

加速電圧を0Vから少しずつ上げていくと、ネオン原子などに衝突しながらも...続きを読む

Q私の声には20000ヘルツを超える周波数が含まれているようなのですが

「ビットレートと私の声」(http://oshiete1.goo.ne.jp/qa5340177.html)という質問をしたのを機に、自分の声をAudacityというフリーソフトでスペクトル分析してみました。
すると、20000ヘルツを超える周波数があって、びっくりしました。
女性の声は1000ヘルツと聞いていたので^^;
1000ヘルツというのは、主な音が1000ヘルツくらいということであって、女性の声に20000ヘルツの周波数が入っていることは普通ですか?

声優の金田朋子さんの声に20000ヘルツ声の周波数が含まれていて、それは稀であるというような記事を読みました。
前々から「聞いたことのないタイプの声」「アニメ声」と言われてきたので、耳で聞いている分にも変わった声なのだろうと思ってきたのですが、生物学的にも珍しい声ならもっと面白いなーと思って質問しました。深い意味はありません。

ご回答よろしくお願いします。

Aベストアンサー

女性では35,000Hz程度の超高周波音も出せる人がいるようです。ヒトの内耳では20,000Hzしか聴覚としては認識しませんが、20,000Hz以上の超高周波音を聞かせますと、脳波にα波(癒されているときに発する脳波です)が見られるようになりまして、何らかの形で高周波音もヒトは認識していることが明らかになりつつあります。

具体的にこの利用が、アナウンスは女性の方が心地良かったり、お年寄りへの話しかけも女性の方が癒され向いているとされています。また、最近のCD(何か名があるのだと思いますが)は、20,000Hz以上の音も収録し、再生するようになりつつあります。

Qコイルに電流を流し、針金を動かした時の針金の動く力

大学生の者です。

実験で
下の図:筒(ボールペンの芯)にコイル(磁力勾配を発生させるために巻き数を勾配にしています)を巻き、それに交流電流を流し、筒の中にある針金を上下に動かす。
のような装置を作り、実験をしました。
そして、その実験をビデオで撮影しました。
ビデオは1秒に60コマの動画です。


ここから本題です。


その「原理」と、その「針金の動く力」を求めるとの課題が出ました。
原理は分かったのですが、針金の動く力を求められません!


針金の重さ、コイルの巻き数、電流、電圧、抵抗、それぞれの値は分かっております。

多分、1秒に60コマで撮影したビデオから1/60秒で動く変異を求めてそれをどうにかするのだと思いますが・・・

全く見当がつきません!

どうやって求めていけばいいのでしょうか?

もしくはアドバイスなど、何でも良いので力を貸して下さい。

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

変位の時間変化から加速度を計算して、針金にかかっている力(重力も含んでいるので、それを後で補正する)を計算することになるかと思います。


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