月別アーカイブ: 2016年7月

科学漫遊の道端から

京都府舞鶴市溝尻、舞鶴国民学校1年生の時に8月15日の敗戦を迎えた。その後の足跡も定かに見えないまま。どうにもならない人生に『是しかないと登る坂道』。そんな思いで過ぎて来た。情報化に偏極した人間世界に就いて行けずに今に辿り着いた。話したい事は山ほどあれど、話すだけの社会常識の手段を持たずに茫然と時を見つめる。6年前に、せめて時代について行こうかとワープロ代わりにパソコンを買って、思い付くことを書き連ねて来た。多くの方の支えがあって、お陰さまでブログとやらを通して、幾らかを伝えることが出来た。しかし、それも学術世界とは程遠い日常生活の道端で誰もが見かける不思議な自然の語りかける姿を素直に受け取って、表現することばかりである。突き詰めると数学で記述できない様なことばかりになってしまったかも知れない。気分は、舞鶴市溝尻に『乙姫様』の街があるようで、丁度竜宮城から帰った浦島太郎の途方に暮れた自分を噛み締めているようだ。

もし、大学で学生に講義をするとすれば、50年前の黒板にチョークを使ったような授業となるだろう。そんな時代遅れの世界にしか対応できない自分を悟った。しかし、「雷は電荷が原因の自然現象ではなく、水蒸気の『熱エネルギー』が基なんだ」という物理現象を市民科学論の基本としてみんなに理解して欲しいと切望する思いは強い。こんな経済的利益にならない自然科学論は科学研究の競争の対象ではない。分野は「哲学」になろう。余りにも科学理論の原理の常識からかけ離れ過ぎているから。『電荷』否定の世界を確認する科学漫遊の旅は『日本語』だけの書き方しか知らない世界になった。

『瞬時電磁界理論』とは から始まった科学論ではあるが。

ソーヤータワー回路の謎

電気回路要素にコンデンサがある。コンデンサにも多種多様な物がある。コイルにも鉄心入りと空心でエネルギー貯蔵特性が大きく異なる。コンデンサの場合も、その誘電体(絶縁体)の材料により大きく特性が異なる。その誘電体内に『エネルギー』が貯蔵される訳であるから(電荷による分極論の意味を理解できない)、誘電体分子の構造がその『エネルギー』貯蔵に特徴を示す筈である。そんな事から誘電体の分子空間構造を検索したら、ソーヤータワー回路に辿り着いた。今まで聞いた事もない回路名だ。誘電分極と磁気ループの話の途中に出会った。

ソーヤータワー回路

ソーヤータワー回路ソーヤータワー回路 コンデンサCが強誘電体という材料のコンデンサらしい。その特性をリサジュー図形としてオッシロスコープで観測する手法のようだ。この回路とそのリサジュー図形を見て驚いた。二つのコンデンサが直列に繋がれた回路に交流電圧を掛けると磁気ヒステリシス曲線と同じリサジュー図形が観測されると言うことのようだ。そんな電気理論は筆者の頭の中の電気回路理論体系と整合しないのである。そこでこの回路の原理は?と検索してみた。幾つかの意味を尋ねる質問があり、それに答える回答者もいる。しかしその回答内容も理解できないものだけである。ソーヤータワー回路と命名されているから、誘電体特性の評価判定技術として利用されているのだろう。オッシロスコープのリサジュー図形がヒステリシス特性を示すと言う事は、決して電気回路のコンデンサ特性には表れない現象である。強誘電体がコンデンサ回路とは異なる特性機能を持っているから観測される結果であることを示している。そこでそんなヒステリシス特性を示すにはどんな入力信号であろうかと考えてみた。

ヒステリシスリサジュー図形 幾つかの波形例を挙げてみた。リサジュー図形とオッシロスコープの入力信号との関係を簡単に示したい。

周期波形例波形例 周期関数の正弦波y0=sin ωtを基準波形として、オッシロスコープの時間軸(横軸)掃引波形とする。

リサジュー図形

波形とリサジュ―図形リサジュー図形例 上の波形例のそれぞれをオッシロスコープの縦軸入力信号とした場合のリサジュー図形を示した。ソーヤータワー回路の観測例に近い波形は④の場合が相当しよう。ソーヤータワー回路のコンデンサC0の電圧v0が相当特殊な波形でないと④のヒステリシス図形は得られない筈だ。実際のソーヤータワー回路の実験回路では、電源電圧周波数や電圧値等幾つもの条件を満たす必要があるだろう。しかもy入力信号の電圧v0は小さい値であろう。

動作波形例(想定図) オッシロスコープに見られるリサジュー図形になるには、y軸入力信号波形は④のような波形の信号でなければならない筈だ。

ソーヤータワー回路の波形想定動作波形 検出y軸入力信号電圧v0から強誘電体コンデンサの電圧波形はほぼ電源電圧に近い波形であるが、v0の電圧分だけ波形ひずみがあると解釈した。電流波形はコンデンサの正弦波形ではない筈だ。ここまでの想定解釈はあくまでも、リサジュー図形を見ての絞り込みの判断である。結論として今のところ、強誘電体の電気特性を判断するだけの知識を持っていないので、謎のままである。ただリサジュー図形の意味は日常の遊び心で理解できるだろうから、その辺から強誘電体の特性をリサジュー図形に照らして考えてみた。科学には日常生活に根ざした遊び心が必要であろう。

コイルとコンデンサの磁気ループ

コンデンサのエネルギー流と磁気ループ(2017/11/17追記)文末に解説。コンデンサの磁気ループ

電荷と電流を破棄すれば、電気回路現象は全く違った観方で解釈しなければならなくなる。電気回路要素のコイルとコンデンサの内部空間に『エネルギー』が貯蔵され、そのコイルとコンデンサ内部での形態がどのようであると解釈すれば合理的で、整合性が採れていると感覚的に納得できるかを探る事になるだろう。その観点で一つの解釈を示したい。前の記事電気回路のエネルギーをさらに書きすすめようと『エネルギー』の微視的様相をまとめようと考えたが、その前に磁気ループの考え方を述べる。

コイルの磁気ループ コイル内部の『エネルギー』の流れがそのまま磁気の環状ループを構成すると見做せる。

コイルの磁気ループコイルの磁気ループ コイルが密接したリングを成している場合には、磁気は閉じた閉ループになっている。コイル導体の内側に沿って『エネルギー』がループ状に還流していると見做せる。その中心軸に磁気のループを想定することが出来る。実際には磁気などはないのであるが、コンパスの周りのエネルギーの回転流方向性を磁気のN-S極と解釈しているだけである。その意味をとれば、上の図のように解釈できる。コンパスとは、磁気コンパスでコンパスと砂鉄の心に示した『エネルギー』の回転流の意味である。

コンデンサの磁気ループ 同様にコンデンサ内部にも『エネルギー』が貯蔵される訳であるが、同じ『エネルギー』であれば、その貯蔵形態もコイルと特別に違うものではない筈である。コイルの『エネルギー』貯蔵形態をコンデンサの場合に敷衍すれば、どのようになるかはある程度想定できるであろう。その一つの想定図を示す。(2017/11/07)下の図は後日訂正する。エネルギー流は一つになる。

コンデンサの磁気ループコンデンサの磁気ループ (2017/11/06)この平板コンデンサ内のエネルギー流は上部と下部電極板に二つのエネルギー流があると解釈した図であるが、この解釈は訂正しなければならない。おそらく上部電極からの一つのエネルギー流で解釈すべきと思う。負極電極側からのエネルギー流の流入であろうと考える。従って、図は後日訂正する。コンデンサ電極版の間にダブルの磁気ループを想定した場合を示した。この解釈の形態は少し考え直した方がよいかもしれない。磁気ループが単一であると解釈して場合を後日示したい。ただ基本的には、コイルとコンデンサの内部の『エネルギー』の貯蔵の基本的様相に違いがある訳ではないという点で、より自然の根底に潜む単純性を具体的に示せることが意義ある観方と考える。上の想定は新世界-科学の要-の場合を想定したものであり、誘電体コンデンサの場合に適切かどうかは判断できない。コンデンサ内の単一磁気ループの貯蔵形態は次の誘電分極と磁気ループの記事で示したい。残念ながら実験的な確認は出来ない。

(2017/11/17)修正・追記。 コンデンサ内の貯蔵エネルギーの単一磁気ループ形態を提案する。この解釈はコンデンサ内の『エネルギー』に静止状態は無いという基本的観点に立っている。誘電体の分極としてエネルギーが貯蔵されるとの解釈が一般的であろう。分子分極はやはり電荷に因る静電的歪みとしての捉え方であろう。電荷否定に立てば、『エネルギー』の空間での独立した物理量としての捉え方にならざるを得ない。そのエネルギーが誘電体の分子構造内に貯蔵される時、やはり分子内の円環流としての流れる形であろうと考える。マグネットの場合の微視的『素磁気』の考え方を採ったが、コンデンサの誘電体でもその考え方で捉えれば、『電荷』から解放されたエネルギー貯蔵の捉え方が出来ると考えた。

 

ネジバナと雨蛙

梅雨時で空気が湿っている。雨も土を湿らせ、十分に降った。丁度ネジバナが草の中に咲いている。晴れ間に草藪に近づくと、雨蛙が跳ねて草むらに逃げ込む。

ネジバナネジバナ 梅雨時に咲く独特の個性。

新生雨蛙新生日本雨蛙 日本雨蛙はきっと真夜中に土から出て来るのだろう。本当に産まれたばかりの日本雨蛙を確認出来ないから、その大きさは知らない。先日1っ匹だけそれらしいものに出会った。太さはマッチ棒ほどで、体長も1cmに満たない程であった。久しぶりに、田圃の畦近くで探した。見付けて写真に撮ろうとしても、逃げ足が速く、近接写真は採れない。この写真は追いかけて適当にシャッターを切った中の1枚である。田圃わきの側溝に逃げる蛙。運良く逃げる蛙が収まっていた。これでも、産まれたばかりでないかもしれない。ここには少し大きめの1っ匹と小さな蛙6っ匹程が写っている。

日本雨蛙の「雨蛙権」のために、オタマジャクシ論を撃退したいと頑張った。せめて学校でオタマジャクシを飼育する雨蛙学習というのはやめて欲しい。

このブログを書かせて頂いたきっかけはやはり日本雨蛙の事であった。当初は、spaces.live.com の記事であった。雨蛙 その不思議 外泊帰りの親雨蛙 親雨蛙の観察 雨蛙のその後 雨蛙旅立ちの朝 御帰還に仰天して  酷暑に悟りの生きざま。有り難いと感謝です。

電気回路のエネルギー

電気回路の新しい解釈の『道』に踏み出そう。

自然の世界を理解するには『エネルギー』の空間現象を思い描くことが大切である。それが物理学の根本的理解の本筋・道筋である。兎角運動エネルギーの質量に囚われ易いが、それは回り道で複雑な迷い道に入り易い。確かに目の前に在る『物』を対象にして考えた方が目で確認できるから、理解が容易に思えるだろう。それはそれで良いのだが、物理学理論が空間に質量に関係しない『エネルギー』が存在することを認識していないことが理論の矛盾の根源を成していて、その事が教育の大問題となっているから困るのだ。『熱』と言えば質量の運動エネルギーで、押し競饅頭だか、ぶつかり合いだか知らないが、振動の運動エネルギーで解釈する現代物理学理論が間違っているのだ。すべて『エネルギー』が空間に存在している事を認識していない事から生まれている混乱・矛盾である。それは光がエネルギーの縦波だという事につながらない理由だ。光速度は質量の速度ではなく、光即ち空間の『エネルギー』の速度である。その光の速度は何が決めるかと言えば、空間そのものが決めるのである。光の光速度は空間定数(H/m,F/m)で決まる と述べた。物理学理論では、時空論が議論の対象になって居ながら、空間定数の透磁率や誘電率などはあまり重要視されていないように思う。科学技術の単位系の拠り所として、真空透磁率 μ=4π×10^-7^[H/m] が定義されている。上の記事で示した資料(1)の空間にエネルギー密度δ[J/m^3^] を想定して、質量の無い『エネルギー』の速度を書き加えた。

空間エネルギーの速度空間エネルギーの速度 電磁波も電気エネルギーもそれは質量の無い『エネルギー』である。質量の無い『エネルギー』と質量に伴う『エネルギー』とがある。運動エネルギーは質量に着目した『エネルギー』である。その値はE=(1/2)mv^2^[J] のように表される。このエネルギー量の大きさは単位ジュール値であり、それは質量ではない。質量m[kg]は物体として目に見えるから、如何にも質量が飛んでいるように見えるが、速度v[m/s]は『エネルギー』の速度なのである。質量を媒体として借りた『エネルギー』の速度がvなのである。この解釈をとれば、電磁波の『エネルギー』も質量の有る無しに関わりなく、その伝播するのが空間定数により決まる速度である。

速度の意味 速度とはある空間基準に対して何かが相対的に動いているその動きの強さを『速度』と考える。一般的な慣習ではある基準の時間当たりに動いた空間の位置の差を計った長さがその『速度』の評価量と看做す。単位は[m/s] が普通である。それは言葉も皆が共通に理解する解釈概念を表現したものである。しかし同じ物の速さを表現するにも、単位を逆の[s/m] としても理解できよう。この逆の概念なら、1m進むに要する時間は何秒[s]かで評価することになる。時間が小さい程速度は速いとなる。『速度』の概念一つをとっても観方でいろいろになる。もし例えば、光速度cを c^2^=(透磁率)μo×(誘電率)εo [(HF/m^2)]で定義すれば、それも速度の意味になろう。速度という意味は日常に溢れた言葉でありながら考えれば深い意味である。その速度の物理現象として電気回路での『エネルギーの速度』を取上げてみよう。

電気回路定数 電気回路定数は回路解析には無くてはならないものである。その意味を考えてみよう

回路定数回路定数

エネルギーと回路定数エネルギーの意味 『電荷』や『電流』でない『エネルギー』によって電気回路現象を解釈しようとすると、回路定数の意味が変わって見える。電圧、電流で回路解析をする手法は科学技術の部に属する事である。物理学として電気回路問題を扱うとすれば、『エネルギー』についての問題でなければならない。それが「理科基礎」の市民の科学リテラシーの未来への視点として大切であろう。

電気回路のエネルギー

電気回路現象(エネルギー描像)電気回路現象(エネルギー描像) 電気回路は電気エネルギーを扱う科学技術である。電荷を扱う回路ではない。『エネルギー』を電気回路ではどのように処理しているのかを解説しよう。どのように解説しようかと考えた時、少し時間を掛けてまとめなければならなくなった。電気回路のエネルギー(2)として記事にしたい。電界、磁界の意味をも含めて論じたい。電界とは?に古い記事を載せた。ここでは、その基本的な解釈を述べておこう。上の図の電線導体に沿ったエネルギー密度δ(x,y,z,t)が空間分布として存在する訳であるが、それは系統のエネルギー規模を決める『電圧』評価に関わる成分である。負荷によって負荷に供給されるエネルギー量は変化する訳で、図のエネルギー分布とは異なるものであろう。図の緑色で表現したエネルギー流がオレンジのエネルギー分布密度の一部分になると解釈すべきである。緑色のエネルギー流が磁気検出に現れる成分となる。

電界とは?

電気磁気学には『電界』あるいは電界強度という言葉で定義する概念がある。そんな常識的な用語の意味さえ理解できない自分は少なくとも専門家とは看做されないだろう。しかし、『電界』などの意味が分からないと言う方がより深く電気磁気学の本質を理解している筈と言いたい。いつものことで恐縮するが、『電荷』を否定したら空間に電気力線も描けないから、分からないというより他に言いようがない。

古い研究会資料 電気回路のエネルギーの記事を書きながら、空間の電界、磁界をどう説明したら良いかと少し考えた。29年も前の資料に同じように『電界』についてあれこれ考えていた記事を見つけた。それをついでに書き直してみた。

電界の意味?電界の意味は? 分からないことを穿り返した記事で申し訳ありません。これでも真剣だったのです。ファラディの法則と速度起電力の所で、ご意見もありましょうが、多分コイルリングを磁場内で横切る位の意味に取ったのかと思います。

電界の意味?(2)電界と光速度 当時は既に電気現象『エネルギー』によるものと確信していた。その点では現在論じている内容も殆ど変りのないものと言えよう。『エネルギー』の流れとして磁束概念に見切りをつけて、試みていたことが分かる。こんな考察を考え合わせれば、『電界』など分からないという以外ないと思う。