日別アーカイブ: 2022年11月18日

温故知新も観点一つで (電磁誘導電圧と電荷)

自然科学理論とは?

自然世界は余りにも深く複雑だ。身の周りの景色に見える姿、動植物の多様な営み、どれも不思議に満ちて、理解などできない。

その不思議を読み解く科学が自然科学であろう。

しかし、自然を読み解こうとする思いと同時に、人はその利用に思いが強く向く。そこに人の想いと自然世界の間に大きな隔たりも出来た。それが自然科学という人の解釈理論の自然から離れた誤った姿を創造してしまった。

科学技術用の解釈理論と、自然解釈の純粋であるべき理論物理学の間に、論理的な矛盾と不可解な統合失調症の理論体系を生んでしまった。

人類が自然解釈の切り札として多くの解釈概念を創造してきた。しかし、その概念は人の特殊な専門という狭い分野から観た、その分野用の解釈簡便概念であった場合が多かったのだ。人の一生も短いから、自然の特殊な分野に限る対象に成らざるを得ない宿命でもあろう。そこに、全体から自然現象を捉える観点が欠けても止むを得なかったのかも知れない。

科学理論の最大の過ちは、自然界に存在しない『電荷』概念を創り上げてしまった事である。それは科学的に測定できない、観測できない、空間の『エネルギー』の存在を見忘れて来た結果である。自然界を支配するが、それは人に見えない『エネルギー』であれば止むを得なかったという事にもなろう。空間に流れる『水蒸気』の量が計れないように。その『熱エネルギー』も科学的測定法で測れない筈だから。光の空間の『エネルギー』の量が計れないように。

単純な電気回路で、その解釈理論である『電磁誘導現象』と創造概念『電荷』の間の関係を考えてみた。

電気磁気概念には多くの定義された概念の物理量がある。19世紀初めに、ファラディーが唱えた『電磁誘導現象』がある。それは現在の変圧器の科学技術理論として欠かせない法則である。変圧器は交流電源の電力設備として必須な機能機器である。電力エネルギーの送配電網構築に欠かせない。変圧器機能は『電圧』という電気概念量の値を自由に変換できることである。交流電圧と言えば、変圧器の誘導電圧が連想される。

電気回路要素コンデンサと『電荷』。

一方、電気回路にはコンデンサという特徴的な機能要素がある。その機能は何か?コンデンサはどの様な機能で特徴を捉えるか?おそらく『電荷』を貯める機能要素と思うのではないか。自然法則としては、『電荷』など存在しないのだから、コンデンサに貯蔵するのは『エネルギー』以外無い筈なのだ。そこが現在の教育用「教科書」の解説と全く異なる事に成る。自然世界の解釈として教科書の『電荷』解釈論が間違っているのだが、その社会的問題をどの様に解決するか?その事のために、陰ながら長い生き方改革の実践を通して、研究を積んで来た。1987年4月の『静電界は磁界を伴う』の発表は、この誤った『電荷』概念否定のためであった。その余りにも途方もない、反科学論で受け入れ難い筈だっただろう。30数年という長い年月を通して、具体的な回路現象について多くの事例でを解説しながら、自己確認を通してここまで来た。過去の貴重な科学理論も、観点一つで観方が変る、その具体例として上の回路図を挙げる。

図の電圧の概念と解釈。

変圧器二次電圧:v[V]。

v = n(dφ/dt) [V]             (1)

負荷コンデンサ電圧: vo[V]。

恐らく、コンデンサ電圧の意味としては、教科書に依れば『電荷』概念を取り入れて解釈する以外ないだろう。本当は『エネルギー』を貯める機能要素なんだが、電気理論ではその『エネルギー』が流れる回路という認識が無いから、止むを得ない。+と-の『電荷』が両電極版の表面に集電すると解釈する。その『電荷』量をQ[C(クーロン)]とする。

vo = Q/Co [V]                   (2)

さて、電源電圧vもコンデンサ電圧voも同じ電圧値である。

その電圧値の単位ボルト[V]で、同じであり乍ら図に示したようにその『次元』は、磁束φの[Wb] と電荷Qの[C] によって評価する。従って、同じ二本の電線間の電圧の意味も違った解釈概念となる。

[Wb/s]  と  [C/F] と中身が違う。

教育での理科あるいは物理学では、その磁束φという物理量と電荷Qという物理量の概念を当然突き合わせて、その概念の表現する中身を考えるべき学問に対する責任がある筈だ。しかし『何故?』という自己問答もせず、その事を考えずにここまで来てしまったのか?

その根本原因は、学問という学術機関の研究における『専門性』『専門家』という狭い特殊な研究対象と環境が為せる業であったと考える。

変圧器巻線は銅などの金属導体である。導線は、その内部は何処までも同一状態である。基本的に導体内には『電界』という『エネルギー』の分布差はない。ほぼ同じ導体温度の『エネルギー』レベルにある。電気現象はその導体によって囲まれた空間内の『エネルギー』の分布によって決まるのである。変圧器巻線内部で、『電荷』が正と負に分離するような現象が起きる筈はないのだ。変圧器の二次電圧はその端子から、『エネルギー』を電線路空間内に供給するだけである。決して、『電荷』など変圧器巻線には無関係である。だから変圧器電圧をコンデンサに印加しても、決してコンデンサに『電荷』を供給するようなことはできないのだ。

物理学理論(電荷と電圧)の論理性❓

〈まえがき〉大学でも高専でも、自分の名前の研究室に入った経験がない。今でも周りに異常な様子が見て取れるが、自分の研究室が無くて、正規の研究活動が出来ない。舞鶴鎮守府への戸籍転籍(1939.12.1)。先日、新潟県十日町市の故郷の除籍謄本を取り寄せた。前戸主:金澤喜代治。そこの筆者の関係事項の印鑑が全て削り取られて村長(南雲)印が判明できなくなっている。法務省、内務省(今の総務省)?不可解は山のように有り、全ての原因がそこに在るか?研究者としての活動の場がないようだ。

昭和63年3月。『静電界は磁界を伴う』を論文誌へ投稿した。しかし、どうも所属機関としての身分が無かったようだ?今、自己分析すれば、初め(新潟県立新津工業高等学校)から職歴不明のアルバイトだったのかと?当然、それ以上頑張り様が無かった。4月初めに、イブ・モンタン氏が来日されたのが印象に残っている。しかし、科学論における『電荷』の概念は全ての基本的論拠となる根源的概念として絶対的なものであった。その根源的な概念の真偽に挑戦できるのは残念ながら他に、解決される方は居ないと思っていた。それから30数年間、壁に向かって自己問答を繰り返してきた。今、ハッキリと分かった。『電荷』概念に基づく科学理論の過ちを正す時だと。自然は純粋であるからこそ人が解釈しようとすれば途方もなく複雑に見えるのだと。素粒子は渾沌、『エネルギー』に如かず。

『電圧』と言う技術電気量が何を意味しているか?

『電圧』と言えば、誰でもその用語の意味位は分かる筈だ。乾電池も1.5ボルトと知っている。誰でも知っている筈のその『電圧』の物理的概念は何ですか?と科学論として問答にすると、理論物理学の専門家さえその物理的概念を的確に解説できないのではないか。それ程科学技術用語、科学理論には不可解な、分かり難さが溢れかえっているのだ。

科学理論の社会的課題。

『電圧』や『電流』のような科学論の基本的常用用語の意味の分析。その意味を考える事が現代物理学理論の社会的意義を考える事に繋がる。自然世界に『電荷』などは存在しない事を認識する事である。何世紀にも亘って、科学理論の論理の根拠としてきた『電荷』が存在しないと言う科学論理の革命に直面しているのだ。その意味を、電気回路要素の『コンデンサ』を具体的な考察対象として取り挙げて論じる。コンデンサに『エネルギー』を貯蔵すると言う。そのように言葉で表現した時のその内容をどの様な意味と解釈するか。コンデンサは二枚の金属導体版で構成される空間が示す電気的機能を指す。『何』をその空間に蓄えると考えるか。恐らく科学理論に精通している、あるいは電気回路理論を学習した、ある程度の電気現象を知っている人は、先ず電極版に『電荷』が集電された状況を思うだろう。それが教科書の解説であるから。その『電荷』による解釈の矛盾をここで解説したい。矛盾という事。それはITで⦅コンデンサで充放電するものは何か?⦆と尋ねると、その回答は必ず『電荷』での解説となる。それは充放電すると言う『電』の語が入っているから止むを得ないかも知れない。しかし、『電』の字は決して『エネルギー』と結び付かない。この『電荷』の問題は大学入試問題にも関わる事であろう。大学入試問題例(エネルギー問題) 2021/05/25) にも取り上げた。

コンデンサの機能考察回路例。

コンデンサに方形波電圧を印加した回路現象を考える。具体的な考察内容を電気回路現象での『電荷』解釈論の矛盾を対象とする。物理学理論は、ややもすると理論に偏り易く、具体的な現象を踏まえない傾向がある。そこで、具体性を加味して、電源電圧を変圧器を通した方形波電圧とする。それが次の図①である。

コンデンサはエネルギーの貯蔵機能要素。 決して『電荷』等貯蔵しない。
コンデンサ電圧とエネルギー

コンデンサのエネルギー貯蔵現象。

コンデンサと言う電気回路要素はインダクタンスと共に、電気回路現象を解釈する基本要素である。そのコンデンサは『エネルギー』を貯蔵する機能でその特徴を発揮する。

コンデンサの『エネルギー』。

コンデンサに貯蔵する物理量は『エネルギー』である。決して『電荷』など貯蔵しない。自然世界に『電荷』は存在しないから。その意味で電源電圧が変圧器を通した方形波電圧とした。物理学は総合的な理論体系である為には、多くの具体的な回路現象に、広く矛盾なく適応できなければならない。

変圧器を通したコイル内で発生する電圧に、『電荷』がどの様に発生し得るか。

変圧器のコイル内で『電荷』が発生できなければ、コンデンサに『電荷』は貯蔵できない筈だ。変圧器の発生電圧はインバーターでは方形波となる。その変圧器発生二次電圧が方形波の時、その電圧の発生物理現象をどの様な原因と解釈するか?

図の②で、電源電圧に対する回路の動作はコンデンサ負荷を伴う回路全体の回路定数で決まる事を示した。その空間の『エネルギー』の回路共振を伴いながら、負荷コンデンサCo[F]の貯蔵『エネルギー』δoが電圧極性に従って、電極内の空間で何方側かに移動するだけである。電源との間での『エネルギー』の移動も必要がない。勿論『電流』概念に因る自然界に存在しない『電荷』の移動など考える必要もない。当然『電子』などの解釈は間違った電気理論の教育による弊害でしかない。電源電圧が方形波である場合は、図③のようには頭部で僅かな振動現象が現れる。

電圧発生電源と電圧の物理概念は❓

コンデンサに貯蔵するのは『電荷』でなく『エネルギー』である。しかし電気理論は、教科書は『電荷』による科学論である。上の回路例は電源電圧が変圧器によって発生する場合を取り上げた。その訳は変圧器巻線内で『電荷』が発生し、外部回路に送出できるかを考えて欲しいからである。変圧器巻線内で、『電荷』のプラスとマイナスがどの様に分離できるかを考えて欲しいからである。更に普段あまり経験しない電圧波形が方形波の場合を採り挙げた。電源が正弦波の普通の変圧器の波形の場合が分かり易いかと、次の記事、温故知新も観点一つで (電磁誘導電圧と電荷) で別に述べる。