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これは意外と難しい質問です。
電気・電界の発生のありかたについてです。

豆電球が三つあります。AとBとC。
それから電池が一つ、Dとしましょう。
それから配線1mを四つ。

回路はこんな感じです。

------B-----
|        |
|        |
A       C
|        |
|        |
--(+)D(-)S--

(+)と(-)は電池の極性を表します。
Sは簡単なスイッチです。

Sをオンにすると、当然ながら全ての豆電球が点灯します。

それで質問ですが、Sをオンにした瞬間から、どの順番で豆電球は点灯しますか?

1)同時
2)A, B, Cの順番
3)C, B, Aの順番
4)AとCが同時、次にB
5)Bの次にAとCが同時
6)ランダムに点灯
7)順番を確認する事そのものが不可能

なぜその順番になるかの理屈も知りたいのです。電気の流れ、配線中の電子の流れ、電界の発生速度(?)などを含めてお答えいただければ幸いです。

よろしくお願い致します。

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A 回答 (35件中1~10件)

一つ前の回答をしたものです。

その回答が間違っていることがわかりました。
この回路を構成して、時間が十分たったときに、スイッチの端子間の電界が最も強くなると考え直しました。スイッチを入れる速度が、光速に比べて遅い場合、スイッチの接点が近づくにつれ、電界はつよくなり、スイッチ端子にたまる電荷もどんどん大きくなるということに気づきました。1200Ωの抵抗がはいっているので、電荷がたまるスピードは遅いですが、どんどん電荷はたまっていくことは確かだと思います。この場合スイッチが入った瞬間にどうなるかは、私にはわかりません。
一つ前の書き込みについてですが、電池の両側にスイッチをつけ、この2つのスイッチを同時にONすれば、一つ前の書き込みの話は成り立つと今は考えています。
また、スイッチは電池の-側につけるという設定ですね。うっかり、+側としてしまいました。
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この問題は、一般化すると特性インピーダンスが位置によってかわるという問題をはらんでいます。


その問題を除去するために電池の+極に近い側にAがあり、電池の-側に近い側にCがあるとし
電池からAとCまでの導線を特性インピーダンス一定の線路たとえば特性インピーダンス300Ωの
レッヘル線としましょう。ただし、このレッヘル線は、被覆がないものとします。
被覆があると誘電体を電気力線が通るため、電気の伝わる速度が変わってきます。といっても
影響は問題にならないくらい小さいですが。
また問題を簡単にするために、A,B,Cの電球は、集中定数の300Ωの
純抵抗とします。また、抵抗値は、明るさによって変わらないとします。そして、A,CからBへの
線路も前記のレッヘル線(特性インピーダンス300Ω)とします。
そして電池の内部抵抗は300Ωとします。
こうすることによって、問題を単純化します。問題を一般化にするには、単純化した問題に1個1個
実際の条件を付け加えて同様に考えていけばよいので、本質は、徐々に明らかになっていくと思われます。
まずスイッチは電池の+極側にあるとします。スイッチオフの状態で、この回路を構成してから十分時間
がたったと考えると、電池の+極と電池側のスイッチの端子までの線路とスイッチのその反対側の端子と
電池の-極側の回路一回りの線路の間には電界ができています。
ただし、電気力線の密度は、平行平板のコンデンサのように一様ということはなく、電池から遠ざかる
ほど小さくなることはよろしいでしょうか?そして電池からスイッチまでの導線と電池のマイナス側の線路
のスイッチとの距離が最小の点で最も強力な電気力線ができていることはよろしいでしょうか?
そして、問題を簡単にするために、この電気力線が支配的と考えます。
スイッチをONするとレッヘル線の微小Cを充電しながら(このときの電流が変位電流です)電気力線は
光速で電球側に伝わっていきます。充電しながらなのでこのとき電荷が+側と-側に対になってあらわれます。
その対になった電荷を結ぶのが電気力線です。そして最初の電球までの距離は1mなので
電気力線はAとCの電球に1/300000000秒後に到着します。ここで電球までの電圧は、電池の内部抵抗
300Ω、レッヘル線の特性インピーダンス300Ωなので電池の電圧の半分です。
電池の電圧の半分の電圧が光速で最初の電球まで伝わります。
そして、AとCの電球は300Ωですから行きと帰りで計600Ωの抵抗がはいることに
なります。ここはちょっと苦しい説明です。そして、AとCより先の回路は、Bにいってるレッヘル線の
特性インピーダンス300Ωと電球の抵抗600Ωをたして特性インピーダンス900Ωのレッヘル線に
見えています。ここで300Ωと900Ωのインピーダンスの違いにより反射波と透過波を生じます。
低いインピーダンスから高いインピーダンスへの電圧波の到来の場合反射波も透過波も正の電圧波になりますが反射波は電池の電圧の半分より低い電圧です。一方透過波の電圧は入射波の電圧と反射波の電圧をたしたもの
ですが、抵抗で電圧降下が起こります。
一方電流は、自分の走ってる線路より高いインピーダンスにぶつかると反対の極性の電流を反射し、
(電流が反射するというのは変だと思う人は、磁界が反射すると思ってください)
透過していく電流は、入射電流と反射電流を足した値で入射電流より小さくなります。(電流連続の条件がはいっている)
このとき、暗いけどAとCが点灯します。透過電圧と透過電流は(電気力線と磁力線)は、さらに伝わりBに到達します。
このときレッヘル線の特性インピーダンス300Ωと電球Bの抵抗値300Ωは同じなので反射はおこりません。
いっぽう電球A,Cで反射した電圧と電流は電池側に到達しますがレッヘル線の特性インピーダンス300Ω電池の内部抵抗
300Ωなので反射は生じません。これで、定常状態です。このとき、電圧と電流をみてみるとあら不思議
電球3個の直列抵抗と電池の内部抵抗の和1200Ωとオームの法則がなりたっているのです。
したがって答えは、AとCが同時に点灯次にBが点灯ということになります。これが2/300000000秒の間に起こります。
数値は例なので、これを現実的な値にすれば、同様の議論が成り立ちます。
以上まちがっているかもしれませんが、これが答えです。
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私は、最終学歴高卒のおじさんです。

高校のとき物理(1)も選択しませんでしたので、DO素人です。私は忙しいので皆様のご意見を詳しく見ずに申し上げる事をお許し下さい。提案があります。
銅線にも抵抗も貯電スペースもあり、少なすぎるためにはっきりしない訳ですから、A, B, C 電池 の各間に、小物の抵抗とコンデンサを交互に100組程ずつ付けるか、各組に電球も加え、もっと正確な変化を確認してはいかがでしょうか?ただし、各間の条件を同じにするためには、抵抗がコンデンサのどちらか1個増やす必要があります。
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確固たる根拠はないのですが、答えは(1)同時 だと信じます。


まず、マクロな電気理論では(任意の瞬間の)電流連続の原理から当然です。
しかしながら、詳細に短時間の過渡現象を問題にするならば"伝送路"中の電圧, 電流の伝搬として扱わねばなりません。さらに厳密に扱うには、Maxwell方程式に則った電界と磁界(すなわち電磁波)を考えねばならないようです。
#14の参照URL(http://www.mogami-wire.co.jp/paper/tline/tline-0 …)にあるように、電圧と電流は、それぞれ電界と磁界を工学的に解釈したものだからです。
物理的実態はあくまでもMaxwell方程式で表現される電磁界で、 これが電磁波の形で線路に沿って伝わり、 ポインティング・ベクタ(Poynting's vector)で表現されるその電磁エネルギの一部が 導体内部に入り込むことによって導体に電流が流れるわけですから、 電圧が原因になって電流が流れ、電圧と電流によってエネルギが伝送されるわけで はありません。....電磁波の電界成分の積分値を電圧、磁界成分の積分値を電流として解釈していることになります。(以上、参照URLによる。他に、ファインマン物理学(IV 電磁波と物性) 6章がいい参考になると思います)

伝送路の扱いでは、(R=0の仮定は問題ないと思いますが)配線のCとLを無視することは許されません。(LCR707さんが#23で言われているように)それは光速がcであるのと同じレベルの基本的な要請だと思います。しかしながら、伝送路は(高周波)電源と負荷とをつなぐ一対の導体を考えるもので、本問題にはそのまま当てはまりません。
今回の回路では、電気的な影響の変化が一本の導体を伝わる現象が基本問題だと思います。例えば、導体の一端に(+電荷を近づけて)電界の変化が生じた場合、対向する導体端には-電荷が誘起されます。この変化は(電磁波として)光速で導体表面を伝わり、導体の逆の端に+電荷を生じさせます。最初の+電荷による電界の変化は導体両端に誘起された+, -電荷によって相殺されて、導体に沿った電界は0となっていると考えます。

今回の問題において、次のように考えて自分の中では一応の整合を見ました。(配線はR=0の理想的な導体とします)
1) スイッチが閉じていく過程でスイッチ電極の間の電界がまず変化します。
2) この電界の変化は導体表面に沿って電磁波として(光速で)伝搬する。
3) この電磁波は、異物体(導体と豆電球)の接続部で、通過する成分と反射する成分に分かれる。
4) 上述したように導体内の電界は0となります。
5) 非導体(例えば豆電球)内では、ある電界の分布(通過する電界と反射する電界の合成波)を持つ。
6) スイッチが完全に閉じた瞬間には、電池の電圧は豆電球(A, B, C)のみによって分圧されている。
7) 導体中では電界=0だから電子は動かないので、この段階で"電流=0"です。
8) どの部分の電流も、この段階にすでに空間に存在している電磁波(エネルギー)が空間内から導体に入り込むことによって流れます。導体に沿った電界の密度が高いところ(電圧降下の大きい箇所)では入るエネルギーも大きくなります。このエネルギーはその場所で消費されるエネルギーと同じ大きさです。

豆電球の点灯はエネルギーの消費活動に他なりません。(8)の段階は、エネルギー消費部が閉回路中のどこにあっても同時に進行します。したがって、A, B, Cいずれの豆電球も同時に点灯します。電流は閉回路内をどの瞬間も一斉に流れているのです。

スイッチが閉じる瞬間までに電荷の変化はありますが、これは実際に電荷(電子)が移動していません。電圧が変わった際にコンデンサーに流れる変位電流と同じ位置づけです。コンデンサー内ではこの変位電流による仕事はありません(損失なし)。電子(e)が実際に速度(v)で移動する電流(I=e?v)のみがエネルギー変化(仕事あるいは損失)の原因となり得ます。
配線に抵抗がある場合には、電磁波が導線を伝搬する際にわずかな反射成分が(連続して)存在すると考えればよく、大きな違いはないと思います。
ともかくも、"電気"は奥が深いですね。電磁気の試験を落としたのも無理はないと思います。
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私も、このコーナーをよく利用させてもらってます。


いつも、質問ばかりしていては、申し訳ないと思いカキコしました。過渡現象や、微少時間に関してはすでに皆さんがお答えしているので割愛(わたしでは、答えられるレベルでないのが正直なとこですが?(^^;)します。私は、8番が正解と思います。質問者からは、8番目は提示されていませんが、8番目は、答えられない。です。
その理由は、L分やC分、伝達速度、過渡現象が問題になるような回路ではないということです。
たしか?豆電球は、ジュール熱による熱放射による光だったような気がします。だとすれば、どの豆電球のフィラメントの温度が一番に上昇するのかというのを突き止めるべきかな?と思いました。また、熱放射ならば、どの時点で点灯と判断するかも問題になると思います。
理想的な電球を想定すれば、理論的に考えられるとおもいますが、豆電球と指定されているので、製造工程での品質管理などをかんがえれば、微妙に抵抗値も違うでしょうし?
伝達速度より、品質のバランスを問題にすべき問題と思いました。
あえて言うなら同時でしょうか?
無知のくせに意見を言って申し訳ありません。
それよりも、質問者が始めに、
>これは意外と難しい質問です。
>電気・電界の発生のありかたについてです。
と断っているぐらいですから、質問者もある程度以上のことを判っていて敢えて質問?(探り?茶化し?)をしていると感じました。
おかげで、皆さんも楽しめたみたいですが?
いかがでしょうか?
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どうも大変なことになっていて、私のようなどしろうとが口をはさむ余地など


なさそうですが、私が少々不思議に思ったのは、皆さんどうしてスイッチを
入れるのに要する時間をゼロと考えるのだろうということです。
スイッチを入れる前は、その両端にいくらかの電位差があって、その間に
無限大ともいえる抵抗が挟まっている。それが、微小な時間の間に抵抗ゼロ
まで変化するということですよね。結局この抵抗値の変化によって起こる
電界の変化が光速で両側に伝わっていって、それはそれで電流と呼んで
差し支えないものなのではないかと思うのですが、どうなんでしょう。
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No.24,26です



No.27の方いわく
>#26の方へ。了解しました。私の読解力が不足していたようです。すいません。

いえいえ、私のほうこそ、No24で等価回路図を書かずに、「・・・(-)極側の電位変化と同時に(何分の1かに内分されて)瞬時に現れる・・・」としか書かず不親切でした。No26の図にかいたL成分と、書かなかった「Cに直列なL」とで決まる内分を想定して、文章だけで表現したんですが、分かりにくいですよね。済みませんでした。

本質問の場合、無限小と無限小の比較をしているようなところがあって、「机上の空論にならずに、本質的支配項を見つける」って言うのはむづかしいですよね。

質問の冒頭に「これは意外と難しい質問です。」とかいてあるとおりだと思います。難しさにも段階があって、「集中定数回路で考えれば同時」から「分布定数回路で考えるとスイッチ発の波動を考えないといけない」と言うところまでが第一段階。次に電池(化学的装置)の仕組みまで考えなきゃいけないのかどうかという考察が必要ですね。
電極とか電解質などの要素の電子(粒)レベルでの振る舞いは無視してC,L(実はRの成分もあるけど)の要素で抽象化すれば良いんだというのが結論だと思います。

表現を変えると、電磁気学の範囲で考えればよくて、量子力学(化学)までは考えなくても(この問題では)と言うことだと思います。
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#27です。


#27の中で、少々極端なことを言ってしまいました。
>>電気の現象は、電線の中にある電子ばかり見つめていては、少しも理解できないと思います。
 半導体物性などを専攻されている方、ごめんなさい。何か言われる前に、先にあやまっておきます。
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#25です。


#26の方へ。了解しました。私の読解力が不足していたようです。すいません。
 私自身はあまりL成分までは考慮していないのですが、いずれにしても電池の左側にも大なり小なりの変化は生じ、Aに向かって進行します。それがAに到達した時点でAが点灯すると解釈すれば、回答は「A、Cが同時に点灯し、その後Bが点灯」というのが常に正解になります。

 発言のついでに、もう少し考察を進めてみたいと思います。
 
 回路が空間に浮いている場合、スイッチを入れても外部から電荷が注入される訳ではありませんから、回路から無限遠に向かう電気力線は存在しないと見なせます。
 
 スイッチを入れる前は、電線や電球はすべて+に充電されており、電池の右側とスイッチの左側のみが-に充電されています。従って+から-に向かう電気力線はごく狭い部分にのみ存在します。
 スイッチを入れると、その右側の電線に沿って電位変化が進行し、空間に対する静電容量を充電します。この充電によって電気力線が発生しますが、その行先は無限遠では無く、回路の+に充電された部分です。そして、電池の静電容量が大きいとすると、電気力線のほとんどは電池(厳密に言うと電池の+側半分あたり)に向かいます。
 もし、電池の静電容量が無視できるほど小さければ、発生した電気力線は、最も近い+の電線に向かいます。すなわち電池の左側の電線です。ここに入った電気力線は電線に電流を発生させます。従って、右側と左側の電線には同じ大きさの電流が流れ、それぞれ電球に向かって進行します。
 
 電気力線と言うのは、「空間の電位勾配の最大傾斜方向に伸ばした仮想線」ですが、スイッチを入れた後の電流の流れ方は、回路のまわりにもやもやと存在する電気力線の形状が、時々刻々とどのように変化するかを解析するのと同等と言えます。
 高周波回路などの本では、「電線は電流を流すガイド役にすぎない」というような意味の表現がありますが、その通りだと思います。電気の現象は、電線の中にある電子ばかり見つめていては、少しも理解できないと思います。
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No24です



No25の方いわく
>ここで言う静電容量は、電池両端の間のコンデンサでは無く、空間から見た電池の静電容量です。

そう思います。LとCの等価回路表現して下図のように考えたときにLで阻まれた電流がコンデンサを充電して初めて電池の(+)極側に電位変化が起こるけど、ステップ状ではないよという意味ですね。


+-----γγγγγ(L)------
|
--- C
---
|
|



でも、上記等価回路はあくまでもモデルであって、実際には上図Cに直列に入るLの成分もありますよね。
そうするとCの充電0でも瞬時に電位変化可能になります。

ちなみに、、「なるべく大きな円形になるように部品や電線を配置」としているのは、スイッチ周辺の電位(電流)変化による電磁波が電線に沿ってではなく空中を直線的にBに向かって進み、その電磁誘導によるBの点灯を遅くする(電線に沿う変化を支配要因にする)ためかと思ってました。
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Q電気回路の豆電球

電子科の友人に聞いた話なのですが、電気回路中に複数の豆電球があった場合、その電球の点灯する順番を非常に厳密に比べると、その順番は回路の流れとは無関係に電源との同心円状に見たときの距離によって決まるというのは本当なのでしょうか?


たとえば、

 [豆電球1]―――――――――[豆電球2]――
|                              |
|          ――――――――――――――
[電源]   [豆電球4]
|          ――――――――――――――
|                              |
 ――――――――[豆電球3]―――――――


という回路があった場合、電球がつく順番は電源の+-に関わらず
1と4が同時>3>2
の順番だというのです。

もし本当なら理論を詳しくご存知の方、違うのなら本当の順番を教えてください。


  

Aベストアンサー

豆電球の点灯の順番は、ご友人の仰る通り、1と4が同時>3>2 で概念的に正しいです。

 [豆電球1]―――――――――[豆電球2]――
|                              |
|          ――――――――――――――
[電源]   [豆電球4]
|          ――――――――――――――
|                              |
 ――――――――[豆電球3]―――――――

上図の幾何構造を針金で組めばそうなるでしょう。ただし、この形では4本の電線の間に電磁界の結合があるので、説明が大変です。主旨が変化せぬ範囲でエッセンスを残して、モデルを簡単にしましょう。4本の電線を、上の2本と下の2本に分けて考えます。それぞれは伝送線路と呼ばれるものになります。現実的には電源コード、あるいはツイストペア線のようなものです。伝送線路を形成する2本の線の間隔に対し、他の伝送線路までの間隔が大きければ、2つの伝送線路の間に干渉はほとんどありません。

 [豆電球1]―――――――――[豆電球2]――
|            伝送線路1             |
|          ――――――――――――――
|         |
[電源]   [豆電球4]
|         |
|          ――――――――――――――
|            伝送線路2             |
 ――――――――[豆電球3]―――――――

電気というエネルギの伝わり方を正確に表現しますと、電線の中を電子が流れる事によって伝わるのではありません。エネルギはペアの導体に挟まれた空間を伝わるのです。ポインティング・ベクトルと言います。ペアの導体の役目は電磁エネルギを溝のように拘束するガイドレールであって、拘束する為に電子の流れ、つまり電流が生じるのです。伝送線路にエネルギを送り込む時、ペアの片方に電流が流れていて、他方に流れていないなどという状況は有り得ません。つまりエネルギの伝わる方向と、電流あるいは極性とは何の関係もありません。伝送線路に繋いだ電源をONすれば、エネルギが光速あるいは近い速度、で伝送線路の入り口から奥へ徐々に満たされていきますが、その区間においてのみ電線にペアで仲良く反対方向の電流が生じるのです。

これで、1>3>2 の点灯順が説明できたと思いますが、豆電球4について補足しておきましょう。
伝送線路に電圧を掛けた瞬間、伝送線路は抵抗に見えます。特性インピーダンスZoと言い、電源コードやツイストペア線だと、100Ωのオーダーです。電源を立ち上げた瞬間、豆電球4を主体にした回路は、次のように書けます。

 [豆電球1]――
|         |
|       [抵抗Zo] 
|         |
[電源]   [豆電球4]
|         |
|       [抵抗Zo]
|         | 
 ――――――― 

従って、豆電球1と4は同時、そして、この図の分圧で抵抗Zo両端に生じた電圧が伝送線路の中に伝播していきます。伝播にしたがって電流がペアで流れている部分は奥へと進み、それに応じて他の豆電球がついていくということです。

なお、「豆電球というのは比喩でただ電流の流れる順番・・・」と仰ってますので、詳細は割愛しますが、上の説明はエネルギの「第一波」の到着時刻に関するものです。豆電球に掛かる電圧は決して第一波で安定するものではありません。それは豆電球の抵抗による伝送線路の不整合と、短絡終端された伝送線路の反射によって生じます。     

豆電球の点灯の順番は、ご友人の仰る通り、1と4が同時>3>2 で概念的に正しいです。

 [豆電球1]―――――――――[豆電球2]――
|                              |
|          ――――――――――――――
[電源]   [豆電球4]
|          ――――――――――――――
|                              |
 ――――――――[豆電球3]―――――――

上図の幾何構造を針金で組めばそうなるでしょう。ただし、この形では4本の電線の間に電磁界の結合があるので、...続きを読む

Q直列回路に電球が3つある場合、どの順番に点灯するか?

私は素人ですので用語に誤りがあってもご容赦願います。

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地球から太陽くらいの距離の超巨大な直列回路があり、電球が3つ、それぞれ隣の電球まで等しい距離に付いているとします。電源は直流とします。

この回路のスイッチを入れた場合、電球はどの順番に点灯するのでしょうか?
(1)陽極側から順番に点灯する。
(2)陰極側から。
(3)全て同時に。

電子の移動速度は光速に等しいと思いますが、電線の中では抵抗があり相当ゆっくりなはずです。地球から太陽くらいの距離があれば、光速で移動しても7分以上かかりますからスイッチを入れてから一番遠くの電球が点灯するのは数分経ってからなのでしょうか?それとも、電線中の自由電子は全て一斉に動き出し、スイッチを入れた瞬間に点灯するのでしょうか?

詳しい方、できれば専門家の方の意見を聞かせてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

#22、一部(?)訂正、、
(反射波の位相(というより極性)が反転する部分の扱いを間違えてました。(電位が上下するのと混同してました。))
ーー
誤:
7. 結果、今度は電球C、B,Aの順に暗くなります。(ただし、反射してくる電圧分は若干下がってるので、完全には消灯しない)
・・・・・
9.という具合に、電球は明滅しながら徐々に明るくなって、最終的には全部点きます。

先の回答にあった、「すべての電球は同時に徐々に明るくなる」というのは、「全部点くまでの時間は明滅の周期よりも十分長い(全部点くまでの時間スケールに比べて明滅周期が非常に短い)ので、明滅(およびその順番)を無視する」近似解に相当するかと思います。
ーー
正:
7. 結果、今度は電球C、B,Aの順に少しずつ明るくなります。
・・・
9.という具合に、電球は階段状に徐々に明るくなって、最終的には全部点きます。
・・・
先の回答にあった、「すべての電球は同時に徐々に明るくなる」というのは、「全部点くまでの時間は階段変化の周期よりも十分長い(全部点くまでの時間スケールに比べて階段変化が非常に短い)ので、階段変化(およびその順番)を無視する」近似解に相当するかと思います。

#22、一部(?)訂正、、
(反射波の位相(というより極性)が反転する部分の扱いを間違えてました。(電位が上下するのと混同してました。))
ーー
誤:
7. 結果、今度は電球C、B,Aの順に暗くなります。(ただし、反射してくる電圧分は若干下がってるので、完全には消灯しない)
・・・・・
9.という具合に、電球は明滅しながら徐々に明るくなって、最終的には全部点きます。

先の回答にあった、「すべての電球は同時に徐々に明るくなる」というのは、「全部点くまでの時間は明滅の周期よりも十分長い...続きを読む

Q電池と電流について ―先生の授業は本当か?

・回路は、単純な設定として豆電球と電池を導線でつないだ単回路とします。

前から疑問に思っていたことなのですが・・・

(1)回路につながない電池は、正極と負極の間に電位差は生じているのでしょうか?あるいは、回路につながないと電位差は生じないのでしょうか?

(2)回路につなぐと電子が移動する(電流が流れる)その力の源は何でしょうか?電池から周囲の空間に電場が出ていて、F=qEなる力を受けているのでしょうか?あるいは、何か別の力に突き動かされているのでしょうか?

(3)以上の点をふまえて、電池を入れて、回路をつないだ瞬間から、「どのような流れで豆電球がつくのか」について、微小時間のプロセスをふまえて説明するとどのようになりますか?

学校の物理の先生が、「スイッチを入れたら光の速さで電界が広がる」と言ってた記憶があります。でも、その先生、難しい理論を言う上に説明がかなり下手で、一人も授業聞いてなかったんで、先生も意地張ってろくに授業しなくなっちゃってて、授業も荒れちゃって・・・。そんなわけで、今でも半信半疑で気持ち悪いので、ケリをつけたいです!

みなさんどのようにお考えでしょうか?
些細なことでもいいので、ご回答お願いします。

・回路は、単純な設定として豆電球と電池を導線でつないだ単回路とします。

前から疑問に思っていたことなのですが・・・

(1)回路につながない電池は、正極と負極の間に電位差は生じているのでしょうか?あるいは、回路につながないと電位差は生じないのでしょうか?

(2)回路につなぐと電子が移動する(電流が流れる)その力の源は何でしょうか?電池から周囲の空間に電場が出ていて、F=qEなる力を受けているのでしょうか?あるいは、何か別の力に突き動かされているのでしょうか?

(3)以上の点をふま...続きを読む

Aベストアンサー

(1) 電池は、化学反応の形で蓄えられているエネルギーを電力エネルギーとして取り出す機構だと思います。電力エネルギーが貯まっているとも見なせます。電力はe*Vで表せます(e:電気素量, V:電圧差)。したがって、エネルギーが貯まっている電池には、必ず電位差(V)が現れます。
(2)電子の移動は"電池から周囲の空間に電場が出ていて、F=qEなる力を受けている"のだと思います。しかしながら、あまり電子の移動に囚われては本質を見失う気がします。
(3)本サイトの質問No.615057「電球が点灯する順番」が同じ問題を扱ってます。(33件の回答がありましたが結論が出てません)
私の回答もNo.32にあります。
要は、電流の本質は、電子の流れでなく電界の時間変化だと思います。

物理の先生の説明は間違ってないと思います。しかし、十分とは言えないですね。

参考URL:http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=615057

Qランダムサーチ(改)!!

えと、二分法は二分割していって答えのある点側点側へと攻め立てて答えを導くアルゴリズムですよね?

ランダムサーチは多分乱数を用いて無作為に抽出した点がちょうど答えと同じものであれば表示するアルゴリズム(なんかな…)です。

Aベストアンサー

おっしゃるとおり、二分法は二分割していってどちら側にあるかを調べて、範囲をせばめていく方法です。ただし、データは昇順(または降順)にソートされていることが必要です。
ランダムサーチもそのとおりです。
二分法とランダムサーチを組合わせて検索効率をあげることもできます。つまり、乱数の範囲を二分割していけばいいわけです。

Q電気は、なぜ流れるのでしょうか?

私の回答は、「物質は電子という電気を持った粒のようなものを持っており、その粒が一定方向に動くと電流が導体を流れる。」
なのですが、会社の上司に違っていると叱られました。
上記の回答は手段であって、原理や仕組みではないと言われました。
「なぜ流れるのか?」という答えは、小学生の理科でやったし、小学生なら回答できるとまで言われました。
小職が、いろいろ調べたのですが、やはり上記の回答以上のものが出ませんでした。
仕組み、原理に理に叶う回答があれば
お教えいただけませんでしょうか。
皆様、お忙しいところ、恐縮ですが、宜しくお願い申し上げます。

Aベストアンサー

電気=電流は何故流れるのか?
小学生レベルでは、「電源(電池)の+-に負荷(電球)を電線で接続(回路)すると電流が+から-方向に流れる」程度だったような気がしますが。。。
電流は電源があっても、導体(電線など)で閉回路を構成しないと流れません。これは小学生で習います。

電流の正体は電子です。全ての物質は原子で構成されており、さらに原子は原子核と電子で構成されています。原子核には陽子と中性子があり、陽子が正電荷(+)、電子が負電荷(-)であるためお互い引き合います。(クーロン力)
金属原子の最外殻電子は陽子とのクーロン力が弱いため原子間を自由に移動することができます。これを自由電子といい、金属でできた導体に電池などの電位差がある電源を接続すれば自由電子が電位が高い方(正電荷)へ引っ張られ、電位が低い方(負電荷)からは電子が導体に供給され電子が回路を循環し電流となります。(電流と電子の流れ方向は逆であることに注意)

Q「強電」と「弱電」の違い

「強電」と「弱電」の違いがいまいちわかりません。

僕が思っていたのは、
 ○学門等なら一般の電気工学が「強電」、
  電子工学とかが「弱電」、
 ○設備等なら電力設備が「強電」、通信ケーブルとか
  電話線等の信号等の設備が「弱電」
かと思っていました。

なんか定義等ありますか?

「電子工学」は「弱電」かと思いますが「電気工学」
だけでも「強電」と「弱電」に分かれますか?
量子力学なんかは弱電ですか?
制御工学は?

どの辺で強電・弱電に分かれるか、等よろしくお願いします。

Aベストアンサー

電子回路系は弱い電気ですよね。電気エネルギー、熱エネルギーに変換するような機械とかは強い電気を使いますよね。それへの違いだと思います。
なのでその電気の量に対して重点を置かない量子力学や制御工学は、どちらとも言えないんじゃないですか?
一般的には強電流工学 (電力・電気機器工学)と弱電流工学(電子・通信工学)に分かれます。

Q電気回路の導線(リード線)の電位差について

川勝先生の物理授業(下巻)p42電池とコンデンサーだけの回路での電位の説明があります。(リード線の抵抗は0と仮定してあります。)「リード線(2つ)それぞれの電位は、電流のあるなしにかかわらず等電位である。」と説明されたいます。ここの所が疑問です。電流は、電場のある所を流れるはず(電位差のあるところ)なのに。私なりに理由を2つ考えました。抵抗0とはいえ、完全に0にはなりえないのでわずかにでも電場ができ流れる、そして、電位差はあっても微小だから等電位と考えてよい。他の理由は、慣性で移動するのか。自信は全くありません。電場の概念で説明して頂けるとありがたいです。ご指導お願いします。

Aベストアンサー

ちょっと言葉が曖昧でした。
「電流は電子の流れと考えない方がよい」と言いたかったのです。
通常、電流は「電流は電子の流れ」と定義されます(伝導電流)。それでは、コンデンサーに流れる(交流)電流は説明できないので、「変位電流」というものが持ち込まれます。「変位電流」は、電流の連続性を保つために便宜的に導入されたと受けとれやすいですが、伝導電流と同じ物理的な意味があります。むしろ、物理的意味が曖昧なのは電子(電荷)の方です。電磁気学には「電子とは何か?」に対する説明はありません。電荷は電界(電場)の発生源であるとされるのみです。
電子がこのような位置づけにあるので、電流も電子を使うより、電界を使って表す方が説明が単純になります(実体にも近いと思います)。「電界の本質は何だ」という疑問も出ますが、誰も答えられない「電子とは何か?」という問題が一つ減った訳です。
変位電流は電子の移動では説明できませんが、 伝導電流は電子の移動が電界の時間変化をもたらすとして説明できます。

Q「~したい」「~したく」は目上の方に失礼な表現でしょうか?

私は入社2年目の駆け出しの会社員です。敬語の使い方について教えてください。
社内メールにて、自分が送信相手に何かを主張する時、「~したい」「~したく」という文を見受けられます。これは目上の方に失礼な表現でしょうか?
一方「~したいです」と使用すると、個人的にはやや幼稚な響きがあり、抵抗があります。
目上の方に対してはどのような表現が適切でしょうか?
また、他に何かいい表現があればご教授ください。

Aベストアンサー

こんにちは、No.4です。

「思う」「考える」という表現は政治家の選挙演説でも頻繁に使われますが、
自信が無いようには感じませんよね。
主張が一言だけで終わらないのは演説もビジネス文書も同じこと、
意志や主張の強さは文脈の前後で調整していけば良いと思います。

ケースバイケースですが、
自分が「こうだ!」と思っても相手はそう思わない場合もあるので
文をマイルドにしてくれるこういた柔らかい表現、私は重宝していますよ。
(一方的な主張に終始して失敗したこともありますので・・(^^ゞ)

堅めに書くなら他に
「~を検討しています」
「~の実施を検討しています」
などという表現も使えるかも知れませんね。

Qシーケンサ(PLC)にて1個のスイッチで、複数のランプを点灯させるには、どうすればいいか教えてください

シーケンサ(PLC三菱)にて1個のスイッチで複数のランプを順番に点灯させるにはどうすればいいですか?スイッチ(X0)を押すとランプ1(Y0) が点灯。もう一度 (X0) 押すとランプ1は点灯したままランプ2(Y1)が点灯する。以後ランプ3、4、5と点灯し 更に10回押してランプ10が点灯後、11回目はランプ10が点滅しランプ1が点灯するようなラダー図を作りたいと思っています。
このデータは自己保持回路だけでできるでしょうか?できないのであれば、どのようにすればいいか教えてください。
物を生産する工程で不良表示盤を作りたいのですが(初心者)です教えてください。

Aベストアンサー

連続ですいません。^^;
MELSECは微分接点はなくて微分出力でしたね。
SW
--| |-----------------------[PLS M0]
ってかんじで微分接点作ってください。
実機だとスイッチ入力のチャタリング防止とかも必要ですよね。
シーケンサ使うならデータメモリに個数の数値を入れたほう
がかなり楽ですが、リレー回路(自己保持回路)だけでも
無理ではないですよ。
回路数多いですが、がんばってください。

Q可変抵抗器には何故足が3本あるのでしょうか?

基本的な部分で理解できません。

Aベストアンサー

http://www.ops.dti.ne.jp/~ishijima/sei/letselec/letselec7.htm

両端の抵抗値は変わりません。両端と中心の端子の間の抵抗値が変わるようです。


+----+----+
4Ω 4Ω
両端は8Ω 中心と両端は4Ω4Ω

可変抵抗をまわして左にする
++--------+
0Ω 8Ω
両端は8Ω 中心と両端は0Ω8Ω

可変抵抗をまわして右にする
+--------++
8Ω 0Ω
両端は8Ω 中心と両端は8Ω0Ω


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