ローレンツ力を使っているモノってありますか?

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A 回答 (4件)

あります。



というか、電気で動くほとんどすべてのものがローレンツ力で動くといってよいと思います。ローレンツ力って、「磁場の中で電流を流すと力が働く」わけですから、電気モーターの原理そのものです。
逆に、「電気で動くのにローレンツ力を使わないモノ」を考えると、うーん、ピエゾ素子を使ったアクチュエーターとか…本当に考え付かないです。こすった下敷きに吸い寄せられる髪の毛!?

ちなみに参考URLに載せた質問では「電磁誘導を使ったもの」があげられています。

参考URL:http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=40432
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原子核実験や、素粒子実験で使用されるサイクロトロン加速器やシンクロトロン加速器などがあります。

電荷粒子を円運動させたり、方向を変えたりする時などに使います。簡単ですが、こんなんでも良かったですか?・・・がんばってね!!
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あまり聞かないと思いますが、電場と磁場を直交させて生じるローレンツ力をエンジンの変わりに用いる船がありました。

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モーター以外で身近に使っている物としては、ブラウン管ですね。


ブラウン管は電子銃から電子を放出して、蛍光物質に当てて色を出しています。
その電子の大まかな向きは電場で行っていますが、これの焦点を合わせたりするのに磁力が使われています。
電子は磁場内を通過する時ローレンツ力によって方向が変えられます。

スピーカなども磁石の近くに置いたコイルに流した電流によって、
振動板を振動させると言うことでローレンツ力を利用しています。
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Qレールガンの反動

レールガンについて調べていて不思議になったのですが
レールガンの反動というのはどの程度の物なのでしょう?

弾頭の初期加速分は普通に発生するとして
ローレンツ力で加速を加えてる分の反動は発生しているのでしょうか?

その場合の反動(反作用の力)は何を介して伝わっているのか?

詳しくわかる方がおられたら教えていただきたく存じます。
また参考文献なども教えていただければ幸いです

Aベストアンサー

普通に「作用反作用の法則」から、ローレンツ力の反動は「ローレンツ力」で発生します。電磁場(電磁力)です。

弾頭が勝手に飛んでいくにしても、その反作用は必ず発生します。

Qローレンツ力の説明で 画像のように導体棒がvの方向に動いた時、ローレンツ力=電場の力Eが釣り合うまで

ローレンツ力の説明で
画像のように導体棒がvの方向に動いた時、ローレンツ力=電場の力Eが釣り合うまでは理解できるのですが、
その後なぜ電子は等速でb→aへ移動するのでしょうか。
導体棒内に働いている力は釣り合っているので→aも→bも0なのではないのでしょうか

等速でb→aに電子が移動するということになると電流が流れているという事になるのでしょうか

以前、導体棒を磁場内で動かした時、起電力が生じるが電流は流れないと教えてもらったのですが…

Aベストアンサー

No.1&2 です。

>回答を形成した時、b→aに電子が動くのはどのような現象が原因でしょうか

何が「原因」になって、何が「結果」なのかを分けて考えましょう。

(1)「導体棒の中に電場ができる」というのは、導体棒内で電子が b→a に移動して「導体棒の両端に電位差」ができた「結果」です。
 導体棒内で電子が b→a に移動するのは、「磁場中で導体棒を動かした」結果です。

(2)「導体棒の両端に電位差」ができたことを「原因」として、接続した負荷に電流が流れます。(負荷に電流が流れるのは「結果」)

(3)電流が流れた結果、a の電子が減少して「導体棒の両端に電位差」が小さくなります。

(4)この結果、「導体棒の中の電場」が弱まるのでローレンツ力の方が大きくなり、導体棒内で電子が b→a に移動して a の電子を補充します。

 これを繰り返します。
 つまり、全ての現象は「磁場中で導体棒を動かした」ことを原因として起きているのです。これが「すべての原因だ」ということを忘れずに現象の進展を考えないといけません。

 「導体棒の中に電場ができる」というのは「結果」なので、この電場による力で「導体棒の中を a → b に電子が移動する」を考えると本末転倒になります。電子は導体棒の中ではなく、導体棒の外の「負荷」を通って流れます。
 動く導体棒は「電位差、電場を作る発電機」の役割で、これに接続された「負荷」が「電流を流して電力を消費する」ものになるのです。
 上の(4)のように、導体棒の中には電子を補充するように(つまり発電するように)「 b→a 」に電子が移動するのです。

導体棒に「負荷」が接続されていないときには、「磁場中で導体棒を動かした」結果として(1)が起こりますが、(2)以降は起こりません。「何も接続していない乾電池」のような状態です。
(1)→(1’)「導体棒の両端に電位差」ができた結果、この電場による力とローレンツ力が釣り合って、それ以上の電子の移動は起こらない。
ということです。


>電位差がある所に電荷を置いたらF=qEより静電気力を受けるのでb→aに電子が動くように思えますが、

 静的な電場であれば、電位は「a:負、b:正」ですから、電子は逆方向の「a→b」に動こうとします。

>そもそも導体棒内の片寄りは安定しているから電子を置くこともできない…のではないでしょうか

 導体棒内の電荷の片寄りが安定しているのは、まさしく「電場による静電気力(a→b)」と「導体棒が動くことによるローレンツ力(b→a)」が釣り合うからです。
「電子」はもともと導体内に存在する無数の自由電子です。「置く」とはどういうことでしょうか。

>このように内部が釣り合った導体棒が動くと横方向に等速運動するというなら分かるのですが

 運動方程式を考えれば分かるように、「力」は「加速度」として働きますから、「等速運動する」ということは「力が働いていない」(加速度がゼロ)ということです。
誤解しないようにしてください。


 なお、質問者さんが「補足3」で挙げているのは、「電場」はあらかじめ外部から与えているので現象の「原因」です。これは、上に説明した「結果としての電場」とは位置づけが異なります。

No.1&2 です。

>回答を形成した時、b→aに電子が動くのはどのような現象が原因でしょうか

何が「原因」になって、何が「結果」なのかを分けて考えましょう。

(1)「導体棒の中に電場ができる」というのは、導体棒内で電子が b→a に移動して「導体棒の両端に電位差」ができた「結果」です。
 導体棒内で電子が b→a に移動するのは、「磁場中で導体棒を動かした」結果です。

(2)「導体棒の両端に電位差」ができたことを「原因」として、接続した負荷に電流が流れます。(負荷に電流が流れるのは「結果」)...続きを読む

Qローレンツ力がマクスウェル方程式に含まれないのはなぜですか?

マクスウェル方程式はそれだけでは電磁気学の全てを表すことが出来ず、
ローレンツ力を含めて初めて電磁気学の全てを記述出来る。
そうなのですが、ローレンツ力がマクスウェル方程式に含まれないのはなぜなのでしょうか?
電場と磁場の4つの式とローレンツ力の式を合わせてマクスウェル方程式と呼んでも良いはずです。
それをしないのはローレンツ力だけが電場と磁場の4つの式と比べて浮いている(起源が異なる)からなのか、単に歴史的なもの(ローレンツ力の方が発見されるのが遅かった)のか何なのでしょうか?

Aベストアンサー

歴史的なことはよくわかりませんので他の方に期待しつつ,ローレンツ力の電磁気学上の位置について思うところを述べます。

マクスウェル方程式は電磁場の生成と変化についての法則を記述したものですから,ローレンツ力の表式が含まれないのは当然かもしれません。その意味では後者は「浮いた」存在といえるでしょう。

ローレンツ力の表式はもちろん,電荷が電磁場から受ける力に対する法則ですから,マクスウェル方程式に自動的に含まれる性質のものではありませんが,原理的な意味は速度v(<<c)をもつ座標系K'に移ると
E'=E+v×B
と電場が変換されるということです。あとは,電気力と電場の関係(または電場の定義?)F=qEがあれば十分というわけですね。

上の変換はマクスウェル方程式と無関係ではなく,マクスウェル方程式がK'においても形を変えない(共変的である)ために,電磁場が4元テンソルとして記述されることが明らかであり,そしてそのローレンツ変換によって上のような電磁場の変換が導き出されるという関係にあります。ローレンツ力の表式は,実は電磁場のローレンツ変換を意味しているのです。

歴史的なことはよくわかりませんので他の方に期待しつつ,ローレンツ力の電磁気学上の位置について思うところを述べます。

マクスウェル方程式は電磁場の生成と変化についての法則を記述したものですから,ローレンツ力の表式が含まれないのは当然かもしれません。その意味では後者は「浮いた」存在といえるでしょう。

ローレンツ力の表式はもちろん,電荷が電磁場から受ける力に対する法則ですから,マクスウェル方程式に自動的に含まれる性質のものではありませんが,原理的な意味は速度v(<<c)をもつ座...続きを読む

Qローレンツ力によって生じる電流が、新たにローレンツ力を生み出すか

導体を動かすことでローレンツ力がはたらき電流が生じますが、これは導体の動きの向きとは垂直ですよね。この電流はその向きと逆向きに電子が動くことで生じているわけですから、さらにそれによってローレンツ力が発生しそうですが、このような問題は出てきません。

なぜなのでしょうか?

Aベストアンサー

>さらにそれによってローレンツ力が発生しそうですが

発生します。それが棒を押す力に逆らいます。

この力がないと発電機は空回りして発電できません。

>このような問題は出てきません。

そんなことはないと思います。

導体棒 エネルギー保存 あたりで検索してみてください。

Qフレミングの左手の法則(ローレンツ力)とマクスウェル応力の関係について

フレミングの左手の法則(ローレンツ力)とマクスウェル応力の関係について
モータ等の力やトルク(電磁力)発生の原理として、コアレスの物ではF=BLI(フレミングの左手の法則)と鉄心付きの物(電磁力)ではマックスウェルの応力があると思っているのですが、このローレンツ力とマクスウェルの応力は全く別のものでしょうか?それともどちらかが他方の一部と考えられるのでしょうか?マクウスウェルの方程式からローレンツ力は導かれるものでしょうか?ローレンツ力も磁場の応力から説明できるのでしょうか?
等等、この両者の関係を教えてください。インターネットや電磁気学の参考書等で気が向いたときに調べたりするのですが、全く理解までには至っていません。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

マクスウェルの応力からローレンツ力を計算する事も可能なはずです。

Qローレンツ力とクーロン力のつながり

 ローレンツ力とクーロン力はアインシュタインの相対性理論から繋がるといったようなことを本か何か(ニュートン?)で見た気がします。確か、無限遠に伸びた導体を流れる電流に対して、荷電粒子を平行にある速度で入射させると、次第に導体から遠ざかっていくことから説明されていたような… 式から何とか理解できないかと思い、まずローレンツ力の立場から自分なりの式を立ててみたのですが、非同次形の微分方程式が解けません。
 ローレンツ力とクーロン力はどんな形で繋げられるのでしょうか?素人が何をやってるんだと笑われるでしょうが、よろしければ回答をお願いします。物理・数学は苦手なので分かりやすくお願いいたします。

Aベストアンサー

大体次のような話ではないでしょうか。専門家からはもっと正確な話が聞けると思いますが。

電線に電流を流している。具体的には、電線内の正電荷(原子核)は動いておらず、負電荷(電子)が動いている。
電子Aをその電線の近くに置いた。
Aから電線を見るとする。電流が流れているということは、電線内の電子群は移動している。速度はたいしたことないけど何しろ多数で相対論的効果は無視できない。
クーロンの法則はこういう場合でも不変であることはわかっているが、ここで考えるべき相対論的効果とはローレンツ収縮。電線内の電子は集団移動しているわけだが、ローレンツ収縮により電子群の進行方向の間隔は短縮する、即ち電線内の電子は密に見える。電線の正電荷(原子核)は動いていないからローレンツ収縮の影響は受けない、正電荷密度は電流が流れていないときと同じ。
ということは、電線に電流が流れているとは即ちAから見て電線は電子過剰であり負電荷に帯電して見える。∴電子Aは電線からクーロン力により斥力を受ける。


(もともとは、この話は、磁場の起源(電流間の力)がクーロンの法則と相対論から自然に導かれるという話かと思います。)

大体次のような話ではないでしょうか。専門家からはもっと正確な話が聞けると思いますが。

電線に電流を流している。具体的には、電線内の正電荷(原子核)は動いておらず、負電荷(電子)が動いている。
電子Aをその電線の近くに置いた。
Aから電線を見るとする。電流が流れているということは、電線内の電子群は移動している。速度はたいしたことないけど何しろ多数で相対論的効果は無視できない。
クーロンの法則はこういう場合でも不変であることはわかっているが、ここで考えるべき相対論的効果とは...続きを読む

Q導体棒の中の電子にかかるローレンツ力

一様な磁界Bの中で、磁界と垂直に置かれた、導体でできたレールa,bがある。
a,b間に電気抵抗Rを取り付け、これと平衡に長さlの導体棒を置く。
導体棒を等速vで右方向に動かした。
という問題で、導体棒中の電子が受けるローレンツ力の向きと大きさを求めよ。
という問題があるんですが、このローレンツ力を求めるときに
f = evB
がローレンツ力なので電子の電荷がe、導体棒の速さがvで、磁界がBだからこれが答えだと思ったのですが、
この前に導体棒中の電子の速さを求める問題があり、ローレンツ力の式に導体棒が動く速さか電子の速さどちらを代入すればいいかわからなくなってしまいました。
導体棒が動きローレンツ力が働くから電磁誘導が起こるので導体棒の速さでいいとは思うのですが自信がなくなってきたので教えてほしいです。

Aベストアンサー

原問題文を見てみないと何と答えて良いかわかりませんが、
抵抗が接続されていない状況で速さvで導体棒を動かせば、
f=evB
というローレンツ力が導体棒に沿って働きます。
この力によって電子が移動し、レールa,b間に電位差が生じます。すると、導体棒に誘導電場ができ、この電場が電子に及ぼすクーロン力とローレンツ力がつり合って、電子は移動しなくなります。
抵抗が接続された状態で、導体棒を速さvで動かすと、
f=evB (vは導体棒の速さ)
というローレンツ力が導体棒に沿う向きに働きますが、
V=vBl
という起電力が発生して、回路に、
I=vBl/R
という電流が定常的に流れます。電流が定常的に流れるということは、電子が導体棒に沿う方向にも、
v'=I/(enS)
という速度成分をもっていて、この速度成分に対してもローレンツ力が(導体棒の運動を止めようとする方向に)働きます。導体棒中の全電子に及ぼすこのローレンツ力につり合うような外力を導体棒に加えないと、導体棒は等速度運動を維持できません。
原問題文によっては、2つのローレンツ力の合力を答える必要があるかも知れません。

原問題文を見てみないと何と答えて良いかわかりませんが、
抵抗が接続されていない状況で速さvで導体棒を動かせば、
f=evB
というローレンツ力が導体棒に沿って働きます。
この力によって電子が移動し、レールa,b間に電位差が生じます。すると、導体棒に誘導電場ができ、この電場が電子に及ぼすクーロン力とローレンツ力がつり合って、電子は移動しなくなります。
抵抗が接続された状態で、導体棒を速さvで動かすと、
f=evB (vは導体棒の速さ)
というローレンツ力が導体棒に沿う向きに働きますが、
V...続きを読む

Qローレンツ力とアンペール力について

ローレンツ力とアンペール力の違いがいまいちはっきりしません。出来るだけ簡単に2つの違いを教えていただけませんか?

Aベストアンサー

荷電粒子が電磁場から受けるカをローレンツ力といいます。
そのうち、電場から受ける力をクーロン力
磁場から受けるカをアンペールカ といいます。

ローレンツカ=クーロンカ+アンペール力 (あ)

なお、ローレンツカ=アンペール力になっている本も多いのですが、
砂川とかファインマンとかの大御所の定義は

ローレンツ力=電場から受ける力+磁場から受ける力 (い)

ですね。

また

荷電粒子のうけるカ=クーロンカ + ローレンツカ

としている本もあります。

はっきり言って、用語が混乱していると思います。

私は 砂川流 の (い)がすきです(^-^;
よらば大樹の陰。

Qレールガン

レールガンとは、いったいなんでしょうか?
話には聞いたことはあるんですが、イマイチ想像できません。
もしよろしければ、教えていただけないでしょうか?
あと、レールガンは実在するんでしょうか?

Aベストアンサー

電磁誘導で加速するものでは有りません。

電磁場中に発生する「ローレンツ力(電磁場に対して「直交する方向に発生する力)」を使って物体を加速させる装置です。

リニアモーターの原理で「物体を電磁誘導によって加速させる装置」は「リニアガン」と呼ばれます。

レールガンとリニアガンの決定的な違いは、リニアガンが原理的に最大速度に上限がある(磁場の切り替え速度に左右される)のに対してレールガンでは投入したエネルギーに比例した速度が得られ「理論上」速度の上限はないということです。もちろん実際には「投入可能な電力量や、空気などの抵抗、製造技術、相対論による上限があります。

Qローレンツ力

図では向心力がfとなるとあるのですが、フレミングの左手の法則をつかうと画面手前向きに力が発生するとおもうのですがどうしてfが働くのですか?二回フレミングをつかえばよいのでしょうか?

Aベストアンサー

教科書の通りで合ってると思います。

中指=電荷の動きが教科書で言うと上側(=貼られた写真で言うと右側)
人差し指=磁界の向きが教科書手前向き(=画面手前向き)
親指=力の方向が教科書で言うと右側(=貼られた写真で言うと下向き)

みんな大好きWikipedia「フレミングの左手の法則」
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%83%AC%E3%83%9F%E3%83%B3%E3%82%B0%E3%81%AE%E5%B7%A6%E6%89%8B%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87


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