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昨日の記事の詳細です(画像つき)

磁力線が、「何らかの超微粒子の流れ」だとわかったので、想像がしやすくなりました。

磁力「線」だとベクトルなイメージなので、ベクトルを合成しないといけないので捉えづらい。
でも水の流れのようなものだと思えば、なんとなく掴みやすい。

(「何らかの超微粒子」はSからNへ流れてましたが、めんどくさいのでここでは考慮しません。)



銅線に電流をながすことを考えます。

銅原子とその最外殻自由電子は下記のような感じと想定します。で、ごちゃつくので簡略化します。

原子と自由電子



さて、電流を流している銅線を輪切りにします。

どんな風に自由電子が磁力線を描いているか、A~Dの4つのパターンを想像しました。

たぶん、A案が有力候補。

※ ちっさいですが、銅線内部に上記の簡略化した原子&電子がいっぱい並んでます。

銅線の断面図1-同心円の磁力線

サイズの都合上、2層しか描けていませんが、無数の層になってると思います。

A案は、銅線内部の磁力線の向きと、外部の磁力線の向きが一致しています。
内部の自由電子の働きで押し出された「磁力線の元となる何か」が、そのまま銅線外部でも同じ進行方向をとる、と想像しました。
洗濯機の底の羽根(プロペラ?)が回転すると、中央部分の水が渦を描き、つられて外側部分の水もやがて渦を描くのと似ています。

B案は逆に、銅線内部の磁力線の向きと、外部の磁力線の向きが反対です。
棒磁石の磁石内部の磁力線と、磁石の外側の磁力線が反対向きになることから、このパターンもあり得るかな?と。

C、D案は、それぞれA、B案の銅線内部の自由電子の磁力線の方向を、交互にしたパターン。
もしかしたらこんなのも有るかもしれないと思い。


一番有力なのはA、次がB。


Aについて補足)
通常、棒磁石などでは、磁力線はNから出て、側面を通り、Sへ戻らなければなりません。
が、A案のように磁力線が数珠つなぎになり完成したひとつの円を描くと、Nから出た磁力線は、もはや側面を通ってSへ戻る必要がなくなります。
数珠つなぎになることで、「何らかの超微粒子の流れ」が、ひとつの輪となって完結するからです。
水流に似た「超微粒子の流れ」であることを考えると、銅線内部に「海の渦潮」のような渦が形成され、その渦の流れは銅線の外部でも(反転することなく)同じ方向を向いて流れると推測されます。



そして、銅線内部での、1つ目の銅原子から、2つ目の銅原子へ、さらに3つ目の銅原子への自由電子の受け渡しの経路を考えてみました。



切断&拡大


【 自由電子の受け渡し経路 A案 】

電子の流れ方A

銅原子から次の銅原子へ電子が受け渡される時、
電子の自転軸と磁力線の方向を一定(手前から奥に向かう)に保てるのか?が問題。
1つ目の銅原子では手前から奥へ、2つ目では奥から手前へ、のように交互になってしまうと、
銅線周囲の同心円状の磁力線が生まれなくなってしまうので。
でも、電子の移動がスムーズに運ぶ分、発熱は少ないかもしれない。


【 自由電子の受け渡し経路 B案 】 有力候補

電子の流れ方B

電子の進行方向が180度反転するので、銅原子に振動や衝撃を与え、発熱が大きいかも
でも、これなら電子の自転軸や磁力線の方向は、常に手前から奥へ、のように一定に保てるはず。
電子はかなり無茶な動きをしてるけど、銅線が発熱することを考えても、こちらの方が現実に則している気がする。



なんでこの2パターンかというと、この受け渡し経路なら最もスムーズで効率よく電子が運ばれていくからです。
&、各銅原子が小さな磁石となるため、磁石のNとSが引き寄せあうように、銅原子(というか自由電子の磁力線の方向)も一様な方向を向くようになります。
というか、「銅線外部では同心円状の磁力線が生じる」という観測事実からして、一様な方向を向いている「ハズ」です。


※ 銅原子の幾何学的配置は3次元的でもっと複雑なはずですが、
  ここでは簡略化してます。
  確か銅は結晶構造を持たないので、割とぐちゃぐちゃかも。





あり得るパターンが多いのでどうしたもんかね。



それと、磁力線が同心円を描く理由はなんとなくわかったけど、磁力線の方向がなぜ右ねじを回す向きなのかはわからん。



発熱や消費電力を抑えるアイデアが浮かんだけど、それができるためには、導線の金属がきれいに結晶構造をとってくれないときっとだめだなー。






・・・これがわかったところで、何か得るものはあるのだろうか?(汗




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