電気の眞相(1)-電気エネルギーとは何かー

今電気理論の本当の姿を捉えたくて、「線路電圧」の物理的意味を考えている。その為には先ず「電気エネルギー」という物理量を明らかにしなければならないと考えた。(1)として電気エネルギーとは何かを解説しておきたい。その上で「線路電圧」を(2)として取り上げる。
電荷も電流も電圧も、それらは「電気エネルギー」ではない。我々が利用するのは「電気エネルギー」である。電圧や電流がどのようであろうと、決して「電気エネルギー」ではないのだ。使っているのは「電気エネルギー」で、それが実在する物理量なのである。電気エネルギーを科学理論としても、人間の感覚的に納得できるものでなければ、やはり理論が怪しいと考えなければならない。電圧や電流が欲しい訳ではなく、『熱源』、『光源』としてのエネルギーを使っているのである。「電気エネルギー」を感覚的に捉えられるかどうかが、全ての人に求められている事である。
毎朝コーヒーを沸かしながら気掛かりがあった。その電気器具は割合小型である。しかしワット数は大きいものもあり、200W ~1000Wと様々だ。コヒーが湧いた後の電力が気掛かりだった。電流測定(クランプメーター)用の用具を自作した(電気用品取締法に触れるが、こっそり自分用ならと)。コーヒーメーカーの容量が650Wとある。クランプメーターの指示値は5.6A  であった。普通なら、6.5A以上の電流値の筈だが、ちょっと数値が合わない。水を入れて試験をしたら、湧きあがってからは電源が切れるので一安心した。しかし頻繁にスイッチのオン・オフが繰り返される。保温動作である。以上のコーヒー沸かし器の動作確認は余談である。クランプ用電流測定器具クランプ用器具 単純な器具だが、端子の結線には電気工事士技術が要求される。

電気エネルギーは実在物理量 コーヒー沸かし器の熱は実在する物理量である。しかし、「電気エネルギー」は本当に実在物理量と感覚的に捉えているだろうか。それは、電気理論では電圧、電流あるいは電力という電気の専門用語で解釈されるから、「電気エネルギー」が電圧と電流が無いと計算も出来ないため、何となく物理的実在量と感じないのではないかと危惧する。理論で学習することも大事ではあるが、実在する物理量を感覚的に捉えられない場合は、理論で思考の闇の中に入り込む危険がある。その考察に絵図を示す。

電気と熱エネルギー電気と熱エネルギー

コーヒー沸かし器は熱源である。何を使うかと言えば、電気のエネルギーであるが、電圧でも電流でもなく、電気エネルギーという『熱エネルギー』なのである。ヒーターは微弱な「電気エネルギー」の流れ込むモノを貯蔵して抵抗体の中に蓄積することで、熱い温度まで高めるだけなのである。上の絵図の②の100V 配線から『熱エネルギー』と同じものである「電気エネルギー」を受け取るのである。「電気エネルギー」も『熱エネルギー』も『エネルギー』の本質に違い等全く無いのである。それを図に示した。配電線(power line) から流れ込む「電気エネルギー」の電線路の分布量は1m当たり、光速度(毎秒30万キロメートル)で流入するから、650÷30万㎞=2.1μジュール(線路1m当たり)の微弱な「電気エネルギー」の流れでしかない。光の速度で流れ込むから、微弱でも1秒間には大きなエネルギーの流れになるのである。こんな学術的には詰まらない話であっても、今までの理論で難しいと思っていた内容も、噛み砕けば何と分かり易いかという意味で大切である。市民が理解する本当の自然の仕組みという意味で。電線路の『エネルギー』の光速度伝播は生活電気と『光速度』にも記した。

(2018/11/26)追記。上に述べた、2.1[μJ/m]の線路分布エネルギーがコーヒー器具に流入するという意味について少し付け加えておきたい。電線路には100vの交流電圧が印加されている。厳密には電源と負荷の間では電線路の配線の距離がある。電気エネルギーは電圧と言う技術概念で計測する電線路空間に分布する量である。電源の電圧と負荷の電圧がやはり光速度の伝播の支配下に在るから、厳密に同じ訳ではない。その線路エネルギー分布も電源と負荷端では異なる。しかしその差を検証する方法は難しい。光速度伝播以上の検証信号伝送は無理であるから。さて、その電圧と言う線路エネルギー分布が負荷が有る無しに関わらず常に存在する訳であるから、負荷に供給される電気エネルギーはわざわざその負荷の為に電源からエネルギーを光速度で伝送する必要はない。電線路電圧と言うエネルギーの線路貯蔵分が在る。その負荷端の分布エネルギーの内負荷が要求する分だけ、負荷がエネルギーを吸収するのである。その結果として、その負荷端のエネルギー分布に欠損が生じ、電圧降下として電線路の歪みになりその欠陥を修復すべきエネルギー分布平衡を光速度で電源側まで補うエネルギー要求が伝わる。2.1[μJ/m]と言う意味はそのようなことを含んでいるのであるから、厳密にそのコーヒーメーカーの為に電源から電圧分布と別に流れ込むという意味ではない。以上追記。

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