カテゴリー別アーカイブ: エネルギー論

ヘモグロビンは何処へ行く

(2021/02/21)。

酸素は燃焼に必要不可欠の元素と教えられた。『エネルギー』発生の基に在る。呼吸が困難になると死が待っているかも知れない。身体も燃焼で『エネルギー』を発生しないと機能を失うと理解している。それも死につながる。

ヘモグロビンが酸素の運搬に重要な役目を持っていると教えて頂いた。ヘモグロビンは酸素を持って何処へ運ぶか、その事迄は知らない。アデノシン三リン酸がどうのこうのと御解説がある。ヘモグロビンは炭酸ガスも肺に運ぶのではないのか?不要になった尿素も酸素による分解で発生するのではないか。

細胞の寿命も決まっていて、新陳代謝によって分解と生成の繰返しに酸素が重要な機能を果たしていると素人感覚で感じる。

ヘモグロビンは何処で仕事をしているのか、その御蔭で生きていられるのだから、そんな日常生活の基本位は基礎知識として知りたい。どうか科学者の皆さんにお願いです。教えてください、ヘモグロビンは何処でどのような役目を果たしているのか。生命活動に必要な『エネルギー』はどの様な酸素の燃焼機能で作られているのか。

 

エネルギー流と定在波

科学理論とは?(2020/12/08)。科学技術に依って生活が成り立っている。その拠り所は科学技術の基礎概念であろう。しかしその基礎概念がとてもあやふやなものに観える。電気回路論の中の分布定数回路に現れる定在波を取り上げて、その意味に観る科学論を考察してみたい。分布定数回路空間の世界 (2019/10/14)はエネルギー流による解釈のまとめでもある。

物理学理論の『エネルギー』は?
とても残念な事ではあるが、自然科学の基礎である物理学理論が拠って立つ基礎概念が筆者には極めて曖昧な、未来性が観えないものに思える。その典型的な概念が『電荷』である。自然界に、『負』の物など決して実在しない。『正』と『負』と言う対照的な物の捉え方が、一見分かり易く思える為に、極めて頑強な基礎概念として科学理論の根幹を成すこととなっている。物理学理論の根幹ともなっている原子構造論が原子核の外郭を周回する『電子』によって認識されている、そんな基礎理論が間違っているのだ。『電荷』、『電子』など自然界は必要としない。今年になって、明確に自然現象は『エネルギー』がその基礎物理量としてすべてを支配しているとの確信に至った。たった一つの『エネルギー』がその存在する空間で、全宇宙を支配していると。露草の一枚の葉も、雨蛙の細胞の一片もその極限の原子と言う構造体の片隅を構成するのが『エネルギー』に依った空間構造から成り立っているのだと。それは光の一波長の空間の一部にもなっている『エネルギー』であると。しかし残念ながら、現代物理学理論で、その『エネルギー』の存在を認識してはいない。素粒子理論には空間に分布する『エネルギー』の存在と言う認識が無い。『正』と『負』の『電荷』によって認識する自然世界の姿を教育によって全ての人に強制的に憶えこませているからだ。それが現代科学パラダイムだ。教えられる子供達には、その『電荷』を拒否する学問の自由は保障されない結果となる。

科学パラダイムとロゴウスキー電極空間の磁界。
『電子』が科学理論の構成基盤をなしている。その『電子』こそ『負の電荷』の象徴的概念となっている。原子論は核の『陽子』と周回軌道の『電子』との電気力がその構成原理となっている。『電荷』概念に依るクーロンの法則が全ての科学論の基礎として、その科学パラダイムとなっている。その『電荷』に対して、ロゴウスキー電極空間の磁界 (2020/06/18) によってその概念の矛盾を指摘した。そこで指摘した実験的検証内容は当然学術論文で公開すべきものであろう。しかし、それは30年以上前の事であり、当時研究者としての身分が保証されていなかった。その内容は到底現代科学論のパラダイムから理解されるには無理であっただろう。殆どの科学理論を否定するような内容だから。『電子』の存在を否定する必要が有るから。

定在波の『波』の正体は何か?
今、定在波と検索しても、そこに示される解説は正弦波の波動の合成波形が主である。その正弦波の波の意味は何を示したものかが分からない。電圧波形を表示しているのであろうが、その電圧とはどの様な物理概念量かを深く認識していないように思う。今年(2020年)になって、漸く定在波の発生原理 (2020/09/23) および エネルギー流が電圧・電流 (2020/10/01) によって,その波の物理的意味が理解できた。電圧と言えば、教科書では、やはり『電荷』に頼らざるを得ないか、電磁誘導起電力の電圧(この場合の巻き線コイル内に『電荷』が分離するとは考えられないから、どの様な原因で解釈するか不可解。)に原因を求める。物理学理論に『エネルギー』の概念が無いから、電気回路理論にも『エネルギー』を伝送する事の論理的解釈を示し得ない『電子』によって取り繕う解説となってしまう。

定在波の学習と実験。

工業高等学校で、最初に科目『電子工学』を担当した。教科書に定在波の項目があった。しかし、その内容を教える筆者が理解できなかった。生れてはじめて自分で研究計画を立て、実験装置を組んでデータを採り、定在波を調べた。その報告を昭和42年、新潟県工業教育紀要、第3号に報告した。そこには実際の定在波の測定値が示してある。それは価値があるものだ。しかし、初心者の報告書という事で未熟にも、電源と負荷の方向が逆向き表現に成っている。その定在波が『エネルギー』の光速度伝送現象である解釈に辿り着いたので、改めてその元データの幾つかを選んで、それを電源(発振器)を左側に配置した表現に書き改めてみた。

実験供試回路。

Fig.1. 特性インピーダンスZo=500[Ω]の線路で、図のような回路構成で実験をした。発振周波数は、 f=163[MHz] 程度であった。発表記事の内容を振り返って記憶を辿るとする。

 

右は負荷終端を短絡した場合の電圧、電流の定在波測定結果である。

 

 

Fig.2.の測定結果は終端短絡時の、定在波の基本的電気現象を理解する基であると考える。定在波と言う物がどの様な電気現象によって発生するかを理解することが、直流回路を含めてすべての回路動作の理解に通じると考える。波動とは何か?それが『電子』でも『電流』でもなく、『エネルギー』の流れによって起きているという事を理解する必要が有る。

測定法の回路。検波用ダイオードと

DC mA (直流電流計)に依った。従って、線路電圧何ボルト、電流何アンペアと言う数値は測定できない。定在波の大きさの線路分布状況の測定である。

終端短絡時のエネルギー伝送現象。その定在波の発生原理を考察しておく。それが電気現象における『電荷』概念否定の検証にもなると考えるから。

電圧定在波の測定は、その電圧と言う測定量の物理的意味を確認する検証でもある。電線路上にその定在波の波長 λ [m] が示される。電源の周波数 f[Hz] と電線路空間の電波信号の伝送速度即ち光速度 c = 1/ √(LC) [m/c] と波長λ[m] との間の関係を示す。『波』と言う実態が何を表すかと言う疑問にも答えるものと思う。その光速度伝播現象と言う事実は、どの様に考えても『電子』が電線導体内を流れるという事から説明するには無理の筈だ。Fig.3. に電線路空間を伝播する『エネルギー』の伝送波δp[J/m]と反射波δr[J/m]の時間的変化を示した。最も単純な定在波がこの終端短絡時の模様である。反射波は伝送波が反対側の電線近傍空間を戻る。その反射エネルギーが電源にどのように影響を及ぼすかは明確には理解できていない。Fig.1.に示したように電源とはコイルのカップリング結合である。電源が電線路に如何なる電圧規定の機能を発揮するかが不明であるから。時刻 t1 から t6 迄の電線路上の『エネルギー』の分布の流れを示した。この線路空間の『エネルギー』の分布がその時刻の瞬時の電圧の物理的意味を表している。二本の電線の『エネルギー』の分布量の差がその電線路の『エネルギーギャップ』として『電圧』と言う技術量の原因となっていると解釈する。その意味に一つの疑問が生じる。

『エネルギーギャップ』。

定在波は電線路の位置で、『波節』と『波腹』が生じる。短絡終端から λ/4 の位置が波腹で、定在波振幅最大になる。λ/2 の位置が波節で、定在波電圧が常に零となる。Fig.4. のように、『エネルギー』が両電線空間に等しく分布した状態はエネルギーギャップδg=0 [J/m] で電圧は零である。この『エネルギー』分布の差が『電圧』と言う技術概念の意味示すことを理解するに有効と思う。決して『電荷』で電圧が決まる訳ではない。

負荷抵抗と電圧定在波測定結果。負荷抵抗は記憶の限り、ミノムシクリップで止めたように思う。また、抵抗の形状、特性も磁器のカーボン被膜抵抗や巻き線コイル抵抗など様々であった。

右のFig.5.は終端短絡位置から λ/4 の位置に負荷抵抗 R を繋いだ時の電圧定在波測定結果である。この抵抗接続点は線路終端短絡位置から丁度電圧振幅最大の位置である。元データから幾つかの負荷抵抗の場合を選んで書き換えた。負荷整合の500Ω。300Ω、100Ωおよび30Ωを選んで示した。このような具体的な定在波の測定データ波形は余り見掛けない貴重なものと思う。工業高等学校での生徒実験に取り入れたのは、生徒に対する少し望みが高すぎた。筆者自身も理解出来ていなかった。今、電流概念および『電荷』概念を否定して、初めて納得できる境地に到達したばかりである。それでも未だこの結果について理解できない点がある。

線路特性Zo=500[Ω]の適用回路である。

電圧定在波測定結果で、500Ωの場合は殆ど一定値分布である。殆ど反射エネルギーが無いからである。

その他の場合は、反射エネルギー伝送が加わり、電線路位置によって、伝送エネルギーδp[J/m]と反射エネルギーδr[J/m]との合成分布エネルギーδ=δp+δrのエネルギー線路ギャップ電圧

v=√(δ/C) [V]

の脈動の大きさが異なる結果である。この関係については上に挙げた、エネルギー流が電圧・電流 (2020/10/01) の記事が参考になろう。

測定結果の考察。負荷端は無負荷であれば、定在波最大である。

測定結果への疑問。

三つの定在波測定結果を右のー?-に示す。短絡点から、λ/4の位置が負荷端である。測定はその点から線路に20㎝毎に印をつけて、その各点の電圧定在波を測定した。波形は正弦波状の予測に合う結果を示している。しかし、100Ωの場合だけは特に理解し難い結果を示している。惜しまれることであるが、上の結果には短絡終端からのλ/4の範囲について測定しなかったことが悔やまれる。負荷で伝送エネルギーが吸収された後、短絡終端迄の伝送エネルギーの分布がどのようになるかを測定していなかったから。

(1)100Ωの場合。負荷端子の電圧定在波がゼロとは不可解な結果だ。R=αZo [Ω]で、α=0.2 の場合に当たる。この抵抗体がどの様な抵抗素材で有ったかが分からない。もし誘電体系の詰め物であれば、抵抗より容量性負荷であったかも知れない。

(2)30Ωの場合。30Ωの場合は特異な結果を示した。

(3)1500Ωの場合。30Ωと共に考察する対象として意味が大きい。

まとめ。[測定結果への疑問]についてデータの数値の詳細が不明のため、結果の詳細の検討が出来ないのが残念である。スミスチャートでの評価が可能になれば、その時点で改めて検討したい。書き始めて3カ月経過してしまった。一応公開とする。

 

『エネルギー』一筋の道

(2021/02/24)。

1986(昭和61)年10月1日。『電荷』否定の起点。

1987年8月5日。電流棄却の旅立ち。

1988年8月。人生の断崖に途方に暮れて最後の研究論文投稿に賭ける。社会的組織との不調和。

そんなことを振り返りたくなる今の心境。昭和の時代から、世間の渡り方を知らずに、愚直に一つの『エネルギー』に惚れ、よくぞここ迄生きて来たかと自分を褒めたい。

自然の多様性は純粋に因って生まれた。自然こそ神の仕業か。電気理論が難しい訳。それは人間の難しさが創ったものだから。自然の純粋さに心が感応し難いからかも知れない。純粋さなど何の得にもならないから。光が空間のエネルギー分布の縦波である事を認識できるかに電気理論の意味の理解が掛かっているのかも知れない。

『エネルギー』の実像を求めて!利益につながらない学問は、経済的・精神的・社会的孤立で、自由に羽ばたけないと言う処に『学問の自由』の難しさがあるのかも知れない。

『エネルギー』一つに思いを込めた電気磁気現象の認識を述べたい。空間に展開する電磁気現象を論じようとすれば、そこには電界と磁界の概念が必要になる。その基礎概念である電界や磁界の物理的意味を深く掘り下げて考えた結果、それも人間が創り出した解釈理論の為の概念でしかなかったことに行き着いた。

『エネルギー』にもその在り様はさまざまである。それは物に入り込めば、温度の上昇として認識される。電気回路要素なら、電熱器の抵抗体に現れる姿だ。物の煮炊きの熱現象に成る。全て『エネルギー』の形だ。それを電気理論の電界と磁界との関りで見れば、上の図のように解釈できよう。空間を自由に流れるとき、その『エネルギー』を光と言う。少し伝送空間を制限された状態が、電気回路の電気エネルギーに成る。

少し理論的に解釈しようとすれば、電界と磁界でのその『エネルギー』の捉え方に成る。空間を伝播する『エネルギー』だから、空間の意味を解釈に取り入れなければならない。少なくても二つの解釈基準が必要だ。それが誘電率と透磁率に成る。その空間認識基準として直交したベクトル誘電率εo[F/m]とベクトル透磁率μo[H/m]を決めたい。それは電気回路であれば、回路定数の容量C[F/m]および誘導L[H/m]に通じるものである。

単位空間1[㎥]当たりの『エネルギー』の密度を w[J/㎥]とすれば、電界強度ベクトルE[V/m]は誘電率によって解釈することが出来る。磁界強度ベクトルH[A/m]も同じく、透磁率によって定義できる。

電界も磁界も基本的には同じ『エネルギー』の観方を変えた解釈概念と見做せる。だから、電界あるいは磁界が空間に独立に単独で存在することは有り得ないのだ。どちらも同じ『エネルギー』の観方を変えた解釈概念でしかないのだ。光の空間を伝播する『エネルギー』の姿を電界と磁界に分けて解釈するが、それも科学技術と言う見方での手法の故でしかないのだ。有名な「マックスウエルの電磁場方程式」も、具体的なパラボラアンテナの表面近くにその電界と磁界を描いてみれば、電界と磁界での解釈が矛盾であることが分かる筈だ。描けない筈だから。『エネルギー』の縦波としてしか表現できない筈だ。

冒頭の1986年10月1日『電荷』否定の起点ー『静電界は磁界を伴う』ー。そこに思いを馳せながら、その基礎論とする。

暴風とエネルギーギャップ

今年の冬は特別に強い暴風を感じた。12月の大雪の後に車が横転した映像を見た。幹線道路上で横転する。車社会で、車が横転しては生活の基本的生活手段が失われる。

昨夜は、強風に恐怖を感じて良く眠れずに朝を迎えた。

雪囲いの仕掛けが素っ飛んで、夜中に恐ろしさを感じた。

昨年までの居住環境の仕組みが、今年の暴風には役立たない。寧ろその仕組みが危険をはらむ原因とさえなる。

海上に発生源を持つ強烈な低気圧の発生。

大きな原因は、海水温度の高温化と観る。エネルギー消費量の増加。汽力発電所の発電量の増加が『復水器』による海水での水蒸気冷却システムの機能の役割を強くする。発電所は熱効率40%程度という事は、熱量の60%近くが海水の加熱に使われている事に成る。

『エネルギーギャップ』は電気回路の『電圧』の意味でもある。二本の電線間の『エネルギー』の分布の不平衡が線路電圧の本当の物理的意味合いを持つのである。負側の電線導体付近が高い『エネルギー』分布密度空間となっているのだ。それが電線路の『電圧』の自然の姿なのだ。決して『電荷』などは自然界には存在しないのだ。人が理論構築のために創り出した概念が『電荷』なのだ。『電子』も同じく『電荷』概念では自然の真相を評価出来ていない科学論なのだ。

海上の海水表面の『エネルギー』分布は冬の上空の寒気に対して大きな『エネルギー』量を保持した空間となる。上空の冷気空間の『エネルギー』密度と海水面空間の『エネルギー』密度との差が『エネルギーギャップ』なのである。丁度電線路間の高電圧と同じような意味を、海水面と上空寒気との間にその『エネルギーギャップ』を創り出しているのだ。その『エネルギーギャップ』が電気『エネルギー』を多量に使えば、どんどん大きくなり、人の日常生活の環境が破壊される状況を生む事に成る。生活環境が破壊される、と言うより人自身が自分の生活スタイルのすべてを破壊する結果を生んでいるのだ。

強烈な破壊力は空気が含んだ水蒸気の質量が家や屋根、自動車に衝撃力として作用する事に成るのだ。

強烈な暴風がこれからの冬に襲い掛かる覚悟を持てるか。恐ろしい限りだ。津波の発生原因の認識が専門家には分かっていない。それと同じく、気象の暴風の原因をよく理解してほしい。

懐中電灯の特性

(2021/01/18)。懐中電灯

右は少しクラシックの高級懐中電灯だ。電源は単一乾電池4個直列に成っている。白熱豆電球が負荷だ。

 

 

電池の放電特性。

右は単一型乾電池のある会社の放電特性の試験結果だ。乾電池と花一匁 (2021/01/13)のデータの意味が不思議で再び取り上げた。放電条件で、電池容量が大きく異なる結果を示す理由が分からない。

実際の懐中電灯がどの様なものかを調べてみたいと思った。懐中電灯の電気回路現象はオームの法則で誰もがよく知っている。しかし、それは回路に電流が流れるという科学技術概念に因った理解だ。電線に『電流』や『電子』が流れていないとの認識に立てば、そう簡単に分かったとは言えない。懐中電灯回路の日常に有り触れた製品でも、科学技術的解釈理論とその中の自然現象の本質とは違う。本当の物理現象は『電流』や『電圧』と言う科学技術概念ではその真相は分からない。自然現象の本質を理解するには『エネルギー』の流れで捉えなければいけない。それは既に教科書の解説理論と異なる内容になる。教科書は『エネルギー』の流れと言う認識では解説されていない。最近分かったと思ってまとめた記事がある。エネルギー流が電圧・電流 (2020/10/01)。その末尾に、【実験的課題】α<1の時。として疑問を残しておいた。今回その点で新たな認識に至った。 

実際の負荷条件は殆どα<1の場合である事に気付いた。その為、右の図を修正しなければならなくなった。ビニル絶縁電線が屋外配電線路並びに屋内配線のFコード等として使われている。その特性インピーダンスZoの値が500Ωに近いように思う。ビニル絶縁体の比誘電率が2~2.8程度となればそんな値に近いかと思う。乾電池の回路での配線は普通往復の単線回路だ。冒頭に示した製品の内部を見た。そこに観える回路には何か電気技術感覚の優れた直感からの誇りが隠されているように思えた。電気回路の回路定数はその電線路の空間構造によって決まる。分布定数回路空間の世界 (2019/10/14) に算定式をまとめた。

ここには電線は使われていない。金属導体板で回路が構成されている。直流回路の導線がどの様な意味を持っているかが示されているように思えた。この回路構造で、導体が平板で伝送空間が広く、電線より回路容量 C[F/m] が大きくなり、その為『エネルギー』の伝送容量の増加が見込まれる。以前平板コンデンサ配線回路等と言う記事を書いたこと思い出した。今はもう懐中電灯は新技術やらで、LEDが使われこのような電気現象の原理を考える古き良きものが消えてしまった。ブラウン管テレビが消えたように。

回路構成。

ランプ定格。4.8V,0.5Aと豆電球に記されている。電源電圧を計ると無負荷時 6.4[V] ある。ランプ抵抗は 0.9[Ω]のテスターでの測定結果を示す。ランプ負荷時はフィラメントが高熱になって抵抗が 9.6[Ω]程度に成る。それは500Ωに比べればとても小さい抵抗値だ。負荷は定格容量 P=2.4[W]以上 となろう。

回路現象解釈。

(教科書)。教科書では、当然のごとく、『オームの法則』で解く。電源電圧V=4.8[V] 、抵抗R=9.6[Ω]なら、電流I= o.5[A] と『電流』が求まる。それだけで、負荷電力も直ちに計算できる。科学技術論としてはそれで充分で、それ以上の事は考える必要もない。直流回路では、電気回路の回路定数は考慮しない。実際には特性インピーダンス Zo[Ω]が負荷抵抗R[Ω]との関係で重要な意味を持っている。

(自然現象)。『電流』と言う貴重な科学技術概念の御蔭で、すべてが数式での論理性を持って解析でき、すべて教科書によって理解できる。この科学技術以上の事は世界の電気理論には取り上げられていない。ほぼ『電子』が『電流』と逆向きに電線の中を流れるとの解釈で専門的論理が完結している。そこには負荷にどのように『エネルギー』が電源から伝送され、消費されるかの意味が不明のままである。この単純な懐中電灯の電気回路で、『エネルギー』がどのように振舞うかをまとめた。

(1)α=1の場合。

δp1(α=1の時の伝送エネルギー)を回路整合時の基準値と定義する。負荷抵抗がR=Zoの場合は、電線路伝送の『エネルギー』の分布量δp[J/m]がそのまま負荷に供給され、負荷反射なども起きない。この状態を回路動作の基準と定義し、その値をδp=δp1とする。

(2) α<1の場合。

この場合が通常の回路状態と考えられる。負荷抵抗値Rが回路特性インピーダンスZoより小さい場合である。この1より小さいαの場合が通常の負荷状態であると気付くのに時間が掛かった。オームの法則での解釈と異なる、『エネルギー』流によってどのように認識するかの決断にも時間が掛かった。すべて実験で確認できる内容ではない。従って『エネルギー』と言う物理量がどの様な特性を持っているかを己の感覚に照らし合わせて、決断をしなければならない。これは科学論とは言えないかも知れない。

決断点。『電圧』は電線間のエネルギーギャップ δg[J/m]の技術概念である。そして自然界には決して『電荷』は実在しないという強い確信がその決断の原点となった。その事を纏めれば、電池のプラス側の電線近傍にエネルギー分布のδo[J/m]の滞留分を付け加えるしかないと判断した。その『エネルギー』は負荷への流れには関わらない。反射でもない。その分が負荷増分の『エネルギー』となり、マイナス側を伝送する増加『エネルギー』流となる。

    伝送エネルギー δp = δp1+δo [J/m]

    線路電圧    v=  (δg/C)^1/2^ ={(δp-δo)/C}^1/2^ [V]

 電流      I= ( δp/L)^1/2^ [A]

 電力      P= VI = δp/(LC)^1/2^ = (1/α)δp1/(LC)^1/2^ [W]

となる。以上が決断内容である。

(3)α>1の場合。

消費『エネルギー』が微弱の場合は、電源電圧保持『エネルギー』より少ない伝送『エネルギー』で十分である。負荷が要求する電力P[W]に対する伝送『エネルギー』分δp[J/m] では電圧保持には不足である。そこに流れない滞留『エネルギー』分布δo[J/m]が生じる事に成る。

  伝送『エネルギー』 δp=αP(LC)^1/2^ [J/m]

  電圧         v={(δp+δo)/C}^1/2^ [V]

電池放電特性。冒頭に掲げた放電条件で電池の『エネルギー』量が異なる訳が分かったとは言えないが、負荷が重くなるとプラス側導体周辺の滞留『エネルギー』が増加する。そのプラス側の分は負荷によって増加するから、その分の外部への放射損失が増えると考えたい。

直流回路の電気現象について。教育とオームの法則 (2020/09/06) で指摘した。その疑問の一部について、漸く満足の出来る『エネルギー』による解釈に到達できた。この自然現象を理解するのも、一般の方には難しいかも知れない。しかし、『電子』と言う科学常識論が誤りである事だけは間違いない。これからの理科教育と言う面で、とても大きな課題がある事を明らかにできた。それはみんなが『学問の自由』と教育いう意味を考える課題でもあると思う。

 

ペルチエ効果と熱エネルギー

(2020/11/19) ペルチエ効果。

ペルチエ効果を使う熱電素子の構造は図の(1)のような説明で示される。N型半導体とP型半導体を銅などの板で組み合わせて構成される。そこに電圧を加えると、吸熱面と放熱面が生まれる。吸熱面の空気から熱エネルギーが金属板に吸収される。その作用を使って除湿器が造られる。空気からと言うのはその水蒸気が保有する熱エネルギーを吸収することだ。水蒸気は熱エネルギーで水が体積膨張した状態である。吸熱面で熱エネルギーが奪われれば、水蒸気は体積収縮して水になる。それが除湿機の機能原理だ。それはペルチエ効果の説明のように実際の技術として機能している。しかし、何故n型半導体‐銅‐p型半導体の方向に電圧を掛けると銅で吸熱現象が起きるかの原理が理解できない。そこで、(2)図のように、n型半導体を銅版で挟んで電圧を掛けても、吸熱と放熱が起きるのか?予測では、実験すれば吸熱、放熱は起きる筈だ。起きなければ、原理の意味が成り立たない。これはn型でもp型でも同じ筈だ。p型では吸熱、放熱の反応極性が逆にはなるが。

除湿機能と降雨現象。空気中の水蒸気から熱エネルギーを奪えば、水蒸気は水に成って、体積収縮を起こす。気象で地上の低気圧も、上層気流の冷気で地上からの水蒸気が体積収縮を起こすから、空気の水蒸気が上空に吸い上げられ、その結果低気圧となる。水蒸気の熱が上層気流に奪われ、水蒸気が体積収縮を起こす結果、雨となって降り注ぐ。除湿器の機能も自然現象としてみれば、降雨現象と同じものである。その吸熱現象がペルチエ効果ではどのような原理で起きるかの問題と考える。電気回路現象は電子が主役を演じる解釈理論となっている。電子がどのような役割を担っているかを詳らかにするのが科学論の目的だ。降雨現象には電子は不向きだ。その違いの訳が説明できるか?という設問となる。この上層空気がより冷気が強ければ、遂には氷となり雪になる。地上と上空の温度差が急激に大きくなれば、熱エネルギーが空間のチリなどに蓄積され、その熱放射、熱爆発の「雷」となる-雷は熱爆発 (2014/05/23) -。

思考回路。

ペルチエ効果の意味を考えてみよう。図(3)はダイオードに電圧を逆方向に掛けた。これでは回路は on 出来ないから、off である。図(4)はn型とp型の間に銅板を挟んだ。この構造はペルチエ素子の構造と同じだ。原理から考えれば、やはり吸熱と放熱現象が起きる筈だ。銅板を挟むとダイオードのoff機能は消えてonするという意味になる。この構造でもペルチエ効果が表れる訳を説明できなければならない。さてどう解釈するか?

電子と熱電効果の原理。

電源は決して電子を回路内を循環させる訳ではない。現在も、電子が主役の量子力学が半導体動作原理の解釈理論となっている。もし、電子が電気回路の機能を担うとすれば、電子が電流の逆向きに流れると解釈する限り、無理して『電荷』がその役割を担うと考えざるを得ない筈だ。電子の『質量』では無かろう。しかし、『電荷』が電気回路内を循環する具体的役割を、誰をも納得させるだけの論理性で示し得ないだろう。電子が『エネルギー』の伝送に役割を果たし得るか?電子が『エネルギー』を電源の負側からどのような状態で電気回路に運び出すのか?The electron did not exist in the world. (2020/05/15) 。にも述べた。電子の電荷と質量の空間像が定義できなければ、電子の熱エネルギーに対する機能も述べられない筈だ。電源は、電圧をその規定する値にするため、その繋がる回路の回路定数に対する『エネルギー』の放出源なのである。放出電子の数を調整する機能など電源には無い。電源は電子など制御対象にできないし、無用である。

電源と熱エネルギー。

電源は負側の電極電線路近傍空間を通して『エネルギー』を放出する。この電気エネルギーと熱エネルギーに違いがある訳ではないのだ。熱エネルギーは輻射熱として放出される。所謂赤外線と言う分類の光と見做せよう。可視光線に比べて、何か速度が鈍いような長波長成分と言う物のように感覚的に感じる。しかし電力波と比べれば波長は光に近い筈だが、衣服等に吸収された熱量値しての状況は何か粘性の強いエネルギーに思える。その熱が高密度に貯蔵されれば、遂にはより作用性の強い放射光となる。熱電現象は電気エネルギーと熱エネルギーの間の相互作用の変換現象と解釈する。とは言っても電気エネルギーと熱エネルギーは基本的に空間に実在する同じ『エネルギー』であることに変わりはなく、電池から電線路を通して負荷抵抗の空間構造に閉じ込められれば熱と言う人の解釈になる。

半導体の不思議。

トランジスタのスイッチング機能は技術の結晶に思える。しかしそのコレクタ側はダイオードの逆極性導通としか見えない。そこは吸熱特性を呈する。ダイオード電圧 (2020/08/26)。

 

 

変圧器のエネルギー伝送現象

変圧器はファラディーの法則の適用によって解釈する科学技術設備である。大電力の伝送は変圧器に因る高電圧化が欠かせない。

ファラディーの法則。
その原理はコイル内の磁束φ[Wb]の時間的変化率によって、端子に発生する電圧が決まる事を示している。コイルの巻き線数nに比例する電圧vが発生する。
  v=n(d φ/d t) [V]
と表される。この式によって、電磁誘導現象の理解が容易だ。しかし、この法則は磁束と言う技術概念が使われているから、その意味を理解することが必要になる。もし自分が、初めて先生から磁束がコイルの中に発生すると電圧が生じると聞かされた時、簡単に理解できるだろうか。コイル内の空間に、磁束と言う線束が貫通するという磁束の物理的概念に疑問を抱くか、抱かないか。殆ど疑問など抱く余裕が無いからその言われたままを記憶して、磁束が自然界にはあるのだと理解する。

変圧器の構造。
基本的には、巻き数の異なる二つのコイルと鉄心からなる。

自然界に磁束は実在しない。
鉄心の役目は何か?鉄心が無ければ変圧器の機能は望めない。その鉄心の物理的役割は何か。技術概念としての磁束は鉄心の中を空間より多く通せるからと解釈する。技術概念ではそれを飽和磁束密度と言う言葉で捉える。磁束の飽和値が高いと解釈される。変圧器の役割は二つ以上のコイルの間で、異なる電圧を発生する電圧変換設備と言えよう。電圧という科学技術量を変換し、電圧を変えながらも『エネルギー』をコイル間で同じ量で伝送する機能を持っている。磁束は無くても『エネルギー』は自然界に実在する。それなら磁束でなく『エネルギー』で変圧器の現象を理解すべきではないか。科学技術法則はとても便利に自然現象を利用する手法を提供する。とても分かり易い。しかし、技術法則と言う物は、自然界に無い概念を定義して、自然を利用しやすく取りまとめる理論と言えよう。だから専門技術者は、簡単に技術概念を駆使して利用技術理論を使いこなせる。しかし概念が専門的な定義に因っているため、なかなか一般の市民には採りつくことの難しい理論となっている。もっと自然の本質に迫った解釈法なら、市民も理解し易い筈なのだ。理科教育はその考え方に基づく方向性を採るべきである。みんなが未来の科学技術に、その安全性や安心への意見表明による責任が発揮できるように。変圧器のコイルを巻く中心に鉄系の鉄心が使われる訳は何かを考えただけでも、その自然の特性や機能を理解することは難しい。しかし、自然現象が全て『エネルギー』がその主役を担っている事に思い至れば、必ずや分かったと安堵できる筈である。其処に科学技術と自然現象との関係を見つめる魅力がある筈だ。鉄心の内部に『エネルギー』が侵入するに時間を要するから、1次側の電源からの印加電圧による『エネルギー』供給に対して、十分対応できることになる。コイル電圧はコイル内部貯蔵の『エネルギー』が飽和したら『ゼロ』となる。鉄心内部に『エネルギー』が流入している限りコイル短絡には成らない。

自然の本質は分かり難く、複雑である。経済的効果を求めるなら、あまり役立たないかも知れない。しかし、精神的な安心感を得られる。複雑な技術概念は分からなくても、自然現象としての奥深くに秘められている不思議を心で体感できるから。その上で、技術法則を学習すれば、その技術的解釈法がとても優れている結晶だという事も解る筈だ。技術屋さんの専門性がなくても、大よその利用概念が分かって技術への理解で、未来科学技術の安全への自分なりの責任を発揮する基礎を身に付けられる。それが理科教育への大事な眼目と考える。

『エネルギー』で見る変圧器。
変圧器の機能は『エネルギー』の状態を1次と2次で変えて、伝送する電気設備である。この『エネルギー』を物理学理論ではどのように捉えているかを筆者は知らない。残念ながら、その認識が物理学理論には無いとしか思えない。電気磁気学で、電界と磁界の概念を空間電磁場に適用して理論が構築されている。その電界とか磁界と言う概念の意味を深く突き止めれば、必ず『エネルギー』に行き着く筈なのだ。それは光の半波長も空間の『エネルギー』の分布の認識に行き着く筈なのだ。しかしその解釈はどうも物理学理論には無い。それは自然を深く突き詰めて考えていないからではないかと勘繰らざるを得ない。電磁場を電界と磁界と言う概念で理解できたと解釈する限りは、空間に実在する『エネルギー』には届かない。宇宙論で高尚な理論を唱えても、足元の電気回路内の『エネルギー』が観えない限りそれは未来の世界観には届かない。単に変圧器の内部の電気現象でも、そこには『エネルギー』がその機能の主役を演じているのだ。上の図に大まかな変圧器の中の巻き線周りでの『エネルギー』の分布とその電気要素コイルとコンデンサ機能からの捉え方を提示した。

 

まとめ。

空間エネルギー分布が変圧器巻き線空間を支配している。その様子を上の図に示した。その『エネルギー』が変圧器外部回路にどう表れるかを右にまとめた。(2020/12/03)修正した。巻き数比a の関係も示した。このエネルギー電線路分布量δxx[J/m]はその電線路回路定数 Cx,Lxによって電圧から決まる。伝送エネルギーと反射エネルギーは負荷整合からのズレによって自動的に決まる。

変圧器の機能解釈で、ここまで辿り着くまでに、変圧器‐物理学解剖論‐ (2011/09/13)。変圧器の奇想天外診断 (2015/06/03) 。変圧器の技術と物理 (2019/04/12)。などがある。中でも・・奇想天外診断は思い付きの単純な実験ではあるが、それ以降の電気回路解釈に決定的な指針となった。『エネルギー』論への確信となった。

導体と空間とエネルギー (2020/11/28) をこの変圧器の現象説明のために先に示した。

導体と空間とエネルギー

(2020/11/07)エネルギーギャップ。
電磁気現象は『エネルギー』の動態を捉えて、その世界が観えるようだ。決して『電子』ではその真相は観えないだろう。
空間に在る『エネルギー』の姿を決めるのは、その空間構造を規定する金属導体と観ることも出来よう。その見方を纏めてみた。
電圧とエネルギーギャップ。


エネルギーギャップ。

少しづつ電気現象における『エネルギー』の姿が観えてきた。それらを繋げて行くと、すべての現象が金属導体とその近傍に関わる『エネルギー』の姿である。近接した導体が有れば、その間の空間にエネルギーが分布する。その分布の姿は、必ず不均一である。と解釈する。その様子を上の図に示した。コンデンサもコイルもその導体の間に不均一に『エネルギー』が分布する。その不均一分布を『エネルギーギャップ』と唱えたい。それはダイオードのp型と n型間に存在する不均一エネルギー分布との解釈と同じとみる。ダイオードはその『エネルギーギャップ』によって導通「オフ」状態となっている。n型側に『エネルギー』を加えれば、ダイオード「オン」となる。そのように基本的に空間構造体内に『エネルギー』が存在する姿は不均一である。その『エネルギーギャップ』が電気回路の回路定数、特に容量C[F/m]との関係で端子電圧V[V]となる。

『エネルギー』と光と空間定数。上の捉え方が誘電率εo[F/m]および透磁率μo[H/m]と光伝播現象との関係の哲学的考察につながるだろう。 

科学技術概念の世界

(2020/10/20)電気概念図表。不可解な編集機能?ブロックで編集すると編集記事が勝手に消去されてしまう。旧エディターでないと正常に投稿できない。何故か?電界、磁界の距離微分の解説の内容が消去される。

科学理論は基礎概念から、多くの特殊用語の概念迄幅広く構築されたもので論じられる。中でも電気技術用語はその根幹をなしてもいよう。自然世界を科学論の世界に映せば、電気磁気学論の『電荷』と『磁気』がその基礎概念となっているようだ。

自然世界に『電荷』や『磁荷』がある訳ではない。しかし科学論では、それが理論の根幹を成すことになる。それらの科学技術概念の世界を図表に表現した。電気回路を論じるには電圧 V[V] と電流 I[A]が基本概念となる。その関連概念を『電荷』と『磁束』で纏めた。ここでは、『エネルギー』を基本に捉えた[JHFM]の単位系での解釈も含めた。図表の中心部に、L[H] C[F] の空間評価概念とt[s] x[m]に展開する『エネルギー』の自然世界像を表現した。

図表上の電荷Q[C] と磁束φ[Wb] の間の対称性。ここで論じようとすることは、『電荷』概念の論理的存在の矛盾についてである。

図表での関係を眺めると、 どちらも線束で捉えて良いように思える。しかし実際は磁束だけが線束で、電荷には点電荷と言うように、線束と言う捉え方はない。図表上からその対称性でありながら、異なる空間像になる訳の妥当性が有るか無いかを考えてみよう。先ず磁界である。その次元からも電流の距離微分[A/m]である。電流も流れる空間的方向性で捉えている。それはベクトルの筈だ。その電流のベクトルに対して、微分する空間距離x[m]も空間的方向性で認識するから、当然ベクトルである。磁界のその距離ベクトルは電流ベクトルに対してどの方向性かがはっきりしている。電流に対して直交ベクトルである。磁界と電界の空間ベクトル像から磁束、電束を求める。

磁界と磁束。

磁界は電流によって発生するとなっている。電線導体内を流れる電流など無いのだが、そのような電流を電気理論の基礎概念として決めた。その電流はベクトルとして、方向が決まる。単位ベクトルを ni とする。磁界H(x) は電流ベクトルの距離ベクトル微分で、アンペア―の法則の係数を採れば、次式となる。

   H(x)= (1/2π)d( Ini)/d =(I/2πx)[ni×(r/r)]        (1)

ただし単位ベクトル(r/r) とのベクトル積で磁界ベクトルが決まる。ベクトルのベクトルでの除算規則に因る(*1)。ベクトル x 近傍の磁束φは透磁率μoと面積Sから決まる。磁界により空間には磁束と言う線束が生じると解釈される。

磁束と電界および電束。

磁束は電磁誘導の変圧器の原理につながる。厳密には磁束も自然界にある訳ではないが、電気技術概念として一つの解釈概念として重宝である。それがファラディーの法則である。コイルnターンの巻き線に磁束が鎖交すると、右図の様に電圧V=n(dφ/dt)が端子に発生する。あくまでも技術概念の意味である。自然現象としてこの電磁誘導を解釈しようとすれば、『何故磁束がコイルの中で変化すれば、電圧が発生するのか?』と疑問に思わないか。その答えは、電気理論の範疇では得られない。空間の磁束の像を捉え切れているだろうか。その問答は別にしよう。ここでの主題は電界 E[V/m]の意味である。電圧が在れば、そこには電界が定義できよう。電界の発生原因は何か?という事である。静電界なら『電荷』によって解釈できる。変圧器の巻き線によって電線路に発生する電界をどう解釈するか?巻き線で正負の『電荷』を発生出来ないだろう。さて、電界が在れば、電束密度あるいは電束が決まる筈である。図に示したように、電束密度 D[C/㎡]が空間誘電率εoから決まる。そこに面積を考慮すれば、電束量が電荷の単位[C]で得られる。電界の場には電束と言う線束が伴うようになる。その単位がクーロン[C]であれば、点電荷と言う『電荷』の空間像は観えない。電荷の論理性 (2020/10/26) 。電磁誘導現象の真相 (2020/10/25) 。

記事の冒頭の図表に『電子』は入らない。電気理論の概念をまとめたが、量子力学はじめ、半導体など殆どの基礎理論は『電子』が無ければ物理学理論が成り立たないようだ。それなのに図表には『電子』の入る余地が無い。それは電気回路現象には『質量』と『負の電荷』を持つ『電子』の果たす役割が無いからである。

— ここの記事が消えてしまった? –そこには、『電子』による理論構築が全ての根底をなす関係から、粒子的な捉え方が必要であったからであろう。しかし、上の図表には『電子』は入る余地がない。その訳は、『電子』の概念には『質量』が無ければ粒子的解釈が出来ない。電磁気学には無い『質量』を組み込めないためである。 電磁気現象や電気回路には『質量』は必要がない筈だ。そこには『質量』とは何か?の哲学的考察が生まれる。同時に『電荷』と『質量』を空間に含む『電子』の自然世界での役割は何か?となる。

(*1) :日本物理学会講演概要集。61-2-2. p.196. (2006.9.24).

電磁誘導現象の真相

ファラディーの法則(2020/10/24)。それは19世紀初めに唱えられたアンペア―の法則と共に電気現象の不思議を解き明かす基本法則である。電気回路現象の解釈の要となる概念が『電流』と『磁束』であろう。ファラディーの法則で、『磁束』がその主要概念となる。しかしよく考えると、コイルに磁束が鎖交すると何故コイルに起電力が発生するかの理由が分からない。金属導体のコイルと磁束の間の物理現象はどの様なものか。『磁束』とは一体どのような空間的物理量か。「科学技術概念の世界」を書きながら、さきにこの記事を投稿する。

磁束が自然世界にある訳ではない。磁束とは、人が電磁誘導現象の訳を解釈するために仮想的に磁界の中に在ると考えた概念である。『電圧』とは何か?と同じように『磁束』の、その真相・意味も分からないのである。それは磁石のN極側から空間に放射する線束として仮想した概念である。空間に在る線束とはいったい何だろうか。磁束や磁界と言う解釈概念は、その本当の意味は、N極およびS極の周りをエネルギーが回転している、軸性エネルギー流の空間現象なのだ。その様子を図の磁束φの先端に記した。N極側から見て、時計方向に回るエネルギー流なのだ。コイルの端子電圧Vはコイル1ターン毎の単位電圧vuの加算の電圧となる。丁度乾電池を積み重ねたと同じことになる。

コイルはコンデンサである。電線を二本平衡に張ればその間にはコンデンサが構成される。電線間の離隔距離と電線の形状・寸法でコンデンサ容量は変わる。コイルはその電線の間にはやはりコンデンサが構成されていると考えて良い筈だ。コイルの端子電圧の意味を少し深く考えれば、そのコイル電線間のコンデンサ容量と、そのギャップ間の貯蔵エネルギーとの関係を見直せば、新しい電圧の概念で統一的に捉えられると考えた。コイル巻き線間の間のエネルギー量をδ[J/1turn]とすれば、1turnコイルの電圧vuは図のように認識できる。丁度1turnの電圧を巻き数n倍すれば、コイル端子電圧Vとなる。

変圧器と『エネルギー』反射現象。

先に電気回路は直流も高周波も同じ電磁現象の基にあると述べた。変圧器は電気回路の中でも少し異なった、電力工学の捉え方が中心になって認識されているようだ。物理学の変圧器の解釈は励磁電流による磁束発生がその根本原理となっている。もう励磁電流などと言う解釈は過去の遺物概念と破棄しなければならない時にある。そこで更に先に進むには、変圧器も電線路に繋がれた一つの負荷でしかないと考えざるを得ない。其処では負荷と電線路特性との負荷整合の統一的解釈にまとめなければならない。変圧器での電源間とのエネルギー反射現象をどの様な認識で捉えるべきか。空芯であればすぐ短絡現象になる。鉄心がある事で、技術概念の『磁束飽和』に至らずに短絡せずに済む。それは鉄心へのエネルギー入射が時間的に長くかかり、鉄心でのエネルギー反射が巻き線空間を通して電源側に起きるからと考える。後に、追記で図によって示したい。ひとまず基本的な真相だけを述べた。