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電気磁気学とエネルギー

Electromagnetism and energy.(2020/5/29).

Energy is the physical quantity of the dimensional joule that actually exists in space.Moreover,it is a basic physical quantity equivalent to the length of space and the seconds of time.Light and electromagnetic energy are typical examples. The electric and magnetic fields of electromagnetism are only technical evaluation concepts of energy that actually exist in space.

Energy wave

エネルギー波を図に表現するのは難しい。必ず3次元空間に分布している光速度の流れであるから。電磁気学はマックスウエルの方程式で解釈されるのが一般的な手法である。それは現代物理学の科学論の基本となっている。しかし、その解釈にはなかなかエネルギーと言う空間に実在する物理量を的確に捉えているとは思えない。変微分方程式によって表現される数式は一般市民が理解するには困難が伴う。ここでは、その方程式の意味を光の空間分布エネルギー波として捉える解釈法によって、簡便に理解できないかと工夫してみたい。何も難しい式が深い理解をするに必要である訳ではないのだ。光はただ空間に分布したエネルギーの流れでしかないのだ。その意味を空間の像として捉えることが先ず必要であろう。何も電界や磁界の意味を知らなくても良いのだ。先ず、エネルギーの流れる空間座標を決めよう。3次元の方向を単位ベクトルijおよびによって確定し、y軸方向へのエネルギー流を取り上げる。この空間体積を持ったエネルギーが光速度coで伝播すると仮定する。その流れに金属導体を置けば、導体に対してエネルギーの流れが、ある電気的信号を生み出す。このエネルギーの流れという意味がなかなか理解されないようだ。それは学校教育で、『電荷』や運動エネルギーの質量が物理学理論の基礎概念となっていて、空間に流れる『エネルギー』と言う物理量が教えられていないところにその原因があると思う。エネルギー その見えざる正体 (2018/11/6) でその意味を述べた。 

マックスウエル電磁方程式

空間を流れるエネルギーを電気磁気学と言う科学理論で解釈している。その方程式が上の二つの偏微分の式である。座標の原点からの位置ベクトル r の点での電磁エネルギーの意味を、電界ベクトル E(r,t) と磁界ベクトル H(r,t) で解釈する手法を完成した。電界も磁界もその内容は基本的に3つの軸成分として解釈する一般化で認識される。それは実際にはあまり意味が無いのだ。電磁エネルギーの光速度伝播に対して考えれば、電界と磁界が直交したそれぞれ一つの成分としてみれば十分である。その意味を図に示す。

図と(1)式の意味。電界も磁界もその概念は基本的に、ファラディーの法則とアンペアの法則が基になっている。電線やコイルの周りの空間に生じる現象を電圧と磁気で統一的にまとめたものと思う。その本質はエネルギーの光速度流であり、その電気技術解釈法として直交した電気と磁気ベクトルで表現した式である。その意味を図にすれば上のように表現できよう。エネルギーがy軸方向に伝播する時、その電界ベクトルをz軸の成分と仮定する。磁界は電界に直交したx軸成分と見做す。このように決めれば、電界の偏微分の回転 rotEは

(3)式の意味になる。電界ベクトルの値がy軸に沿って如何に変化するかの空間微分値になる。ここで、独自の解釈で微分するdyの意味をベクトル値と捉えなければ折角の空間ベクトル計算の意味が無い。∂y=∂yでの分数計算は、規則として定義されていないと思う。文献(1)によって規則を決めて取り扱う。それが (4) 式である。この(4)式により、(3)式のように計算される。

この(3)式は座標上では点線のように表される。電磁場方程式の(1)式のように、右辺の磁界 H(r,t) との関係が何故成り立つか。右辺は時間 t での偏微分である。その意味を次のように捉える。

磁界ベクトルを時間 t で微分する意味は、y座標上のある点で、磁界 H が到来する波動の変化即ち時間微分値を評価することになる。それは時間を光速度ベクトル coj距離 dyj=cojdt 即ち dy=codtに変換したと同等である。この波形は図の rotE(r,t) の点線の波形と同じくなる。電磁場方程式の(1)式で、何故右辺に空間定数の透磁率μoが必要かは少し分かり難い。両辺の次元をとれば、[(J/F)^1/2^/㎡]となり等しい訳だが。その意味には、電界と磁界の間には特性インピーダンス Zo との関係、(5)式がある。(5)式の単位記号で少し混乱がある。特性インピーダンスZo[Ω]は透磁率μo[H/m]の単位[H(ヘンリー)]と誘電率εo[F/m]の単位[F(ファラッド)]から、磁界の記号H[A/m]と混同しやすい未解決の問題がある。 この関係は電気回路で、電圧と電流と特性インピーダンスZo=√(L/C) [Ω]との間の関係とも同じものである。ここでの電圧と電流の意味にもオームの法則での意味と異なり、電気回路を分布定数回路として見たときの、光速度伝播エネルギー波の定在波の意味に関係したものである。直流回路でもその伝播現象はエネルギーの光速度伝播なのである。負荷とのインピーダンス整合問題によって初めて理解できることで、少し自然現象の深みに踏み込む必要が有る。その点だけ指摘して過去の記事にゆだねる。負荷との整合問題はまだ結論に至っていない。しかし昨年、特性インピーダンスとエネルギー伝送特性 (2019/10/6)および分布定数回路空間の世界 (2019/10/14) で電気回路空間の意味が見えてきた。

電磁エネルギーと特性インピーダンスZo。

電磁エネルギー w(r,t) [J/㎥] が光速度 co= 1/√(μo εo) [m/s] で伝播する。そのエネルギー流を電界とか磁界と言う概念で解釈する手法が所謂電気磁気学の理論である。そのエネルギーは上の(6)、(7)式の意味である。空間の特性インピーダンス Zo=√(μo/εo)[Ω]によって電界と磁界の関係が変換できる。

まとめ。電気磁気学と言う理論物理学の一つの分野は自然科学の理論体系を形作る基幹分野となってきた。しかし、今それも所謂『パラダイム』と言う一つの現代社会の仮想的科学論の姿でしかないと言わなければならなくなってしまった。自然は単純で、純粋でしかも見え難い複雑性を秘めたものと言える。電気回路で、懐中電灯の物理現象は電池からの電線で囲まれた線路空間しか電気エネルギーは通らないと感覚的に捉えなければならないのだ。しかし、そこに科学技術論として、『オームの法則』がある。決して電線の中に『電流』も『電子』も流れるような現象は自然の世界にはないことを解ってこそ、その法則の偉大な意味がより深く理解できるものと言える。その意味で、30数年前に勉強させて頂いた有名なマックスウエルの電磁場方程式の意味をエネルギー伝播現象として、その電気概念を紐解いてみた。上手く出来たかどうかは分からない。

文献(1) 金澤 喜平: 力密度 f=rot(S/v)とベクトル算法 日本物理学会講演概要集 第1巻第2号第2分冊。 p.196.(2006.9.24)

 

何故か?

筆者本人が自分の記事を見ると「フォロー」マークが表示される。自分が別にもう一人居るようで気持ちが悪い。

もう一点不可解。[Google 翻訳]の機能が検索サイトGoogle で見ると正常に『ウィジェット』が挿入されている。しかし、bingでは翻訳機能が効かない。

Twitter から記事を見ても、翻訳機能が停止されている。これは政治行政機関の仕業ではないか?

Yahoo検索でも翻訳機能は効かない。

『エネルギーギャップ』の意味

はじめに(2020/5/14)
『エネルギーギャップ』と言う用語あるいはその意味を含んだ過去の記事を拾い出してみた。まず、電池電圧と『エネルギーギャップ』 (2016/5/8) がある。今まで、異なる物質の間に生じる保有『エネルギー』の差がその接触面に現れる量程度の意味で使っていた。物質のエネルギー順位 (2016/5/29) 等と。しかし、今日ITで検索して知った。その用語は量子力学で、バンドギャップ(禁制帯)という意味であった。誠に恥かしいが知らなかった。筆者はその量子力学論について理解困難で、余り学習して居ない。
  Quantumu mechanics の quantum の意味について
 「粒子と波の性質をあわせ持った、とても小さな物質やエネルギーの単位。光を粒子としてみたときの光子やニュートリノやクォーク、ミューオン等と言った素粒子も粒子に含まれる。」と科学技術・学術政策研究所として検索に出ていた。この解説を見て、やはり筆者には理解できない高尚過ぎる理論体系と思う。粒子と波を兼ね備えた「物」とはどんな物かと理解できない。恐らく光を何か羽根車に充てると羽根車が回転するというような現象を捉えて、そのように解釈したのだろうとは思いたい。たとえ光であろうとそれは『エネルギー』の縦波であるから、羽根車が回転することなど当然であろう。光の『エネルギー』は質量の運動エネルギーでは無いから、物理学理論では質量に無関係の『エネルギー』があるとは認識していないところに大問題・矛盾があるからではないかと考える。電磁波を『エネルギー』の縦波と理解していないところに物理学理論の矛盾の根源があると考える。電磁波を何と心得ているのか?光も電波も空間の『エネルギー』の伝播現象なのだ。

『エネルギー』の意味
先ずお断りしてい置かなければならないが、現代物理学理論の『エネルギー』概念と筆者の捉え方の概念とが全く違うのである。物理学理論では Quantum (量子)という物質・質量的な意味で、その運動エネルギーと位置エネルギーによって捉える概念が一般の学術論での意味と思う。その典型的な例が気体分子運動論である。それは気体分子(その質量)が全て振動など速度を伴った運動をし、互いに隣り同士が衝突をする事で『エネルギー』を保有している状態と解釈する理論と考える。筆者は気体の保有『エネルギー』、気温はその気体分子の中に『エネルギー』が蓄積され、隣同士の気体分子が互いにその『エネルギー』を放射し合い、それぞれの保有量が平準化している状態と見做す。気温が高くなれば、人の体にその放射『エネルギー』がより多く入射するから熱くなる。何も気体分子が振動して体に衝突するからではない。気体の運動エネルギーなど関係ない筈だ。

『エネルギー』入・放射と構造

概念絵図 科学技術社会のエネルギーと運動力学(基礎理科) (2016/8/26) の記事の中に隠れていたので拾い出した。

物体の中に光などの『エネルギー』が入射する状況をその物体の空間構造の変化として解釈する。光も空間に分布、実在する『エネルギー』であり、その速度が光速度で流れる特性を持った物理量である。電気回路のコイル内に貯蔵される『エネルギー』も導線で囲まれたその局所空間に導体のWallで閉じ込められたものである。その『エネルギー』はコイルの外部状況との関係で、即ちコイル端子に掛かる回路『エネルギー』分布との関係で、より多くが入射したり、余分の分が放出されたり、外部との関係でその『エネルギー』量は自在に変化する。

外部条件によって、その貯蔵『エネルギー』は丁度壁 Wall が開くように、外部に平衡を保持するように放射される。物体に『エネルギー』が入射すれば、それはその物体の質量が等価的にその『エネルギー』分だけ増加したことと解釈すべきものである。その意味は燃料電池の『エネルギー』解釈につながる筈だ。分子結合の意味にもつながる筈だ。『エネルギー』こそ自然界に実在する物理量であり、質量に纏わりつく運動エネルギーでの解釈量だけではない。その意味を絵図に表現してみた。この解釈は電気回路の端子電圧の物理的解釈につながる捉え方である。

『エネルギーギャップ』の意味と電圧
一般の学術論での『エネルギー』の意味が筆者の解釈する『エネルギー』と同じくないとなれば、『エネルギーギャップ』の意味も当然違うことになる。過去の記事で、謎(pn接合は何故エネルギーギャップ空間か) (2017/5/18) がある。この謎(pn接合・・)と言う記事はよくできた未来への道しるべになると今安心している。

『エネルギーギャップ』と電気回路の電圧
乾電池の1.5[V]はどのような物理的意味か?はなかなか答えが分からなかった。量子力学論の微視的解釈とは違う。電池の電圧を『エネルギーギャップ』で捉えた意味である。この記事を書きながら、先に The electron did not exist in the world. (2020/5/15) を投稿した。その記事で、原子構造論まで否定してしまったら、今まで高校生の頃からずーっと蟠りになっていた思いが吐けて、やっとスッキリした気分だ。要するに科学理論が『電子』と言う仮想概念に縛られてきたところに、その論理性の矛盾の根源があるという事だ。単純な直流の電気回路で、電磁界と空間エネルギー (2020/4/17) に論じたような、具体的現象を取り上げて、論理の矛盾を取り除くことを怠ってきたことが問題であった思う。この自然の世界に『負の電荷』などを持ち込んだことが最大の科学理論の失態であった。もうお分かりであろうと思うが、『電圧』とは電気回路の導線間の空間に分布した『エネルギー』の電気技術的計測評価量である。電池の端子電圧が何故一定値を保つかを考えて欲しい。負側の電線路側に『エネルギー』が多く分布した、不平衡状態が『電圧』の意味である。『エネルギー』が均等に分布したらそこには『電圧』は無い。

まとめ
電気回路の機能要素の『エネルギー』との関係で、その電圧との関係で『エネルギーギャップ』を捉える解釈を提起した。自然界に『電荷』は存在しないことを科学理論の根本に据えて考えて欲しい。

The electron did not exist in the world.

The theory of electronics put science into a hole of contradiction.From the hypothesis of the “negative charge”that does not exist,it spread the contradiction widely.What kind of function can electrons play in atomic structure theory?The Coulomb force has already failed due to the contradiction of its logicality.No force is created between positive and negative charges.Force is a physical phenomenon between acceleration and mass.No mass is defined for the charge of the Coulomb force variable.Therefore,the law has no logic that force is generated.

(2020/5/19)追記。

原子結合と電子の機能 1900年台になって原子構造が物理学理論の重要な論題となった。中心に原子核とそ周りの『電子』の周回軌道論によってその構造は決まった。あらゆる科学理論の根幹に『電子』と言う負の『電荷』を持った世界標準の物理的根源対象が完成した。命は原子結合による高分子の細胞がその機能によって支えている。とても不思議な深い仕組みの世界で、何も理解できない夢の世界だ。高校生の時化学の原子結合の説明で、「共有結合」のお話があった。負の電子同士が結合する、とても理解できない論理のお話だ。クーロンの法則は同じ『電荷』同志は反発すると大原則で教えられた。昨日も検索してみた。高等学校化学基礎/化学結合にはとても高度な理解できない解釈で解説されていた。それ程高度な理論を持ち出さなくても、クーロンの法則で反発する力に対して、何故『電子』同志が結合の機能を持ち得るか位は日常用語で解説できなければ、それは科学論ではない。高尚な科学権威論的誤魔化し論と言う手法だ。考えない人が考えることの重要性を説く教育手法に見える。さて上の挙げた図で、例えば3個の原子が結合するとする。各原子の電子は周回軌道論に従って、相当の速度(?決してどの位の速度かは問題にしない闇の中)で回転している『電子』同志が手を繋ぐ。空間での3つの原子の配置とその静止状態の安定を思い描くに、どの様な秘策・魔術を使ってその物理的・化学的分子構造を保てるのか。どうしてもそんな魔術論の科学理論が蔓延る世界は止めて頂きた。こんな幼稚な疑問には、専門の科学者が易しくご解説頂きたく切にお願いいたします。こんな見えない世界が簡単に分かるとは思えない。分からないことを子供たちに伝えることが本当の教育で、子供たちに夢を託す大事な教育の仕事となろう。

(2020/5/18)追記。

Energy and Electrons 

今は電子工学、情報工学全盛の時代だ。真空管から半導体素子が電子制御技術の根幹を支えている。真空管は熱電子の空間電荷分布制御技術として、その理論の主流となってきた。その後、半導体が電気制御の制御媒体となり、Quantum mechanics の基礎理論によって科学が理論づけられてきた。みんな『電子 (Electrons)』 が電気回路論の理論の根幹をなしている。しかし、電気回路現象を考究すれば、そこには『電子』は何の機能も持ち得ない仮想概念でしかないと分かる。一方、自然世界に実在する『エネルギー』を、その存在を否定することはできない。太陽が届ける日光も『エネルギー』そのものである。太陽は決して『電子』など放射していない。

半導体装置 と『エネルギー』

トランジスターやダイオードで構成される回路に入射するのは『電子』ではなく『エネルギー』である。入射エネルギーを半導体理論の Quantum mechanics で『電子』の運動エネルギーの増加に変換して、力学論を駆使して自由電子が自由に羽ばたこうとしても、その運動エネルギーの消費機能の発揮場所が見つからない。電気回路の出力される『電子』がその増分エネルギーを負荷に届ける機能が論理的に見当たらない。電気負荷に増分の『エネルギー』を届けて、『電子』がどの様な姿の身軽な状態でまた半導体装置に戻るのか、その論理が見えない。行きと帰りの『電子』が異なるものなら、その状態の変化の意味を論理的に明確にされなければならなかろう。電気回路の負荷が必要としているものは『エネルギー』でしかないのだ。抵抗体の中で、『電子』がどのような機能によって光や熱の『エネルギー』を生み出すかが説明できなければ、『電子』の役割はない。電気回路の『電圧』とは何か?『電流』とは何か?その次元の意味から解かれなければならない筈だ。『電圧』は回路の『エネルギーギャップ』の技術評価量である。以上追記。

電子論が科学論を矛盾の落とし穴に引きずり入れた。存在しない『負の電荷』を仮想したところから、矛盾を広く行き渡らせた。原子論の原子構造に電子はどのような機能を発揮するか?クーロン力は既にその論理性での矛盾のために破綻している。正の電荷と負の電荷の間に力は生まれない。力は加速度と質量間の物理現象だ。クーロン力の変数の電荷には質量が定義されていない。従ってその法則には力が生じない。

度胸と可憐さ

こんにちは!と声を掛けたくなる。

まだ若い娘の日本雨蛙。二歳ほどかと思う。今朝鉢にジョロで水遣りをした。逃げるかと思いながら。しかし、水を掛けても動かない。雨蛙は水が嫌いの筈だ。雨が降れば、雨水の掛からないところに避難する。此方の気持ちが分かっているかと思う程のその動かない『度胸』に悟りを感じてしまう。それが『可憐』に映る。

I think now Between nature and scientific theory.

何故自分の記事に『フォローマーク』が出るのか?自分が二人いるようだ??

Electronic theory is a lost way for science education. (電子論は科学教育にとって迷い道。)

The mission of universities is not limited to technological development like companies. (大学の使命は企業のような技術開発だけではない。)

What should education aim for? (教育とは何を目指すべきか?)

Now,the scientific theory is in the darkness of losing energy. (今、科学理論はエネルギーを見失った暗闇の中だ。)

 

何故非公開になるのか?

然と科学理論の架け橋はいずこに (2o19/5/13) 。

とんでもない(コイルのエネルギー) (2015/11/1) 。こんな電線路の絶縁体内に分布して流れる電気の『エネルギー』を決して『電子』では論理的な解釈はできない筈だ。科学理論の『電荷』や『電子』はその自然現象との理解の架け橋には成らないのだ。この実験は、変圧器の奇想天外診断 (2015/6/3) 。に基づいたものである。

巡る季節の花

(2020/07/13)追記。桔梗。

やはり6月の花であった。

 

 

 

 

ネジバナ。梅雨の花。先端まで咲くと梅雨が終わるらしい。いつからか小鉢の中に根を張って毎年咲く。鳥が運んできたのか、風に飛んできたのか。自然は自由だ。

 

 

 

 

2020年春の花 華やかな春を彩る。

木瓜(ボケ)2種

強い朱色

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

イカリソウ(碇草)

 

 

 

 

紅梅

 

 

 

 

深山苧環

平安時代を匂わせる。

 

 

 

 

花海棠

桜の後を追って咲く。庭に下ろして初めての花。