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砂鉄による磁界分析

砂鉄は磁石が有れば何処ででも拾い集められる。砂鉄は磁石と隣同士の仲間のようなものだ。鉄だから磁性体と言えよう。だから砂鉄で磁界の意味を探りたい。電磁力の本質の記事の関連事項の纏めとした。

リングマグネットの砂鉄模様 今までも多くの磁場・磁界を砂鉄で探り、磁界の物理的意味を考えて来た。今回は今までの磁界の砂鉄模様を総合して採りまとめたい。リング状のマグネットで磁界とはエネルギー流であることを示したい。

リングマグネットの砂鉄模様 直径2cm程のリングマグネット。トレーシングペーパーで覆い、その上に砂鉄を振りかけた。磁極面よりリング内径部と外径部に砂鉄が集まっている。何故そのような模様になるか。今までもマグネット上に薄い紙で覆い、その上に砂鉄を振りかけて模様を観察した。薄い紙類で覆う事に隠された重要な意味があったと気付いた。それはマグネットの磁極面に対して極めてギャップの狭い状態の模様を描いていると見做せることである。

カバーなし模様 マグネットに直接砂鉄を振りかける。

直接マグネット面に砂鉄を振りかける。一度振りかけるとその砂鉄を全部取り除くのは困難だ。その為紙でカバーをして模様を採っていた。この砂鉄模様は普通の砂鉄の模様で、マグネット周辺部への砂鉄の集中模様は見えない。紙一枚が左右する砂鉄模様の違いは何か?

砂鉄模様の違う訳 直接の場合は、砂鉄1粒がそれぞれマグネット化する。接したマグネット面のマグネットの『素磁気(NSを備えた単位磁気で、モノポールではない)』と結合して移動はできない。薄紙1枚でマグネット面と隔離されれば、鉄板などに接合した状態のマグネットの磁気状態が検出されて、砂鉄模様に現れる。マグネットが鉄等の磁性材料に接合した状態では、マグネット面の磁気は『素磁気』同士のエネルギー流が揃い、隣り合わせで打ち消し合う事になり、合成磁気はマグネット周辺部に強く現れる。『素磁気(モノポールとは全く違うエネルギー流)』と勝手に呼んだが、普通は「磁区」と言うのかもしれない。磁区では少し結晶の大きい塊と思われ、それが結晶内で回転して磁気方向が揃うと言う現象を未だ良く理解できない。磁区の回転はバルクハウゼン効果として理解してはいるが。すべてのマグネットでそのようなバルクハウゼン効果が在るのかが理解できないので、もう少し小さい鉄結合体の磁気の基が在るかと言う感覚で『素磁気』とした。その『素磁気』も要するに最小の磁性体のエネルギー流の円環と言う程度の解釈でしかない。

『素磁気』とリングマグネット リングマグネットは円盤状マグネットの中心部が抜けた形状である。その磁気の様子は次の図のようなエネルギー流で解釈する。

素磁気とエネルギー流 マグネットの磁気材料が磁化されると、その磁気エネルギーはマグネット表面では外部空間との磁気ループは出来難い。①のようにある部分ごとに素磁気のつながりとして保持されるとも考えられる。それ程規則的ではないが、適度に閉ループを成していると考えたい。ところがマグネットの外部空間の環境に磁気的繋がりが生まれると、表面の素磁気のエネルギー円環流が表面外部に揃う様になる。その表面では、②のように磁気の強度が強まれば素磁気のエネルギー流が打ち消し合って、結局マグネット側面の外径部、内径部に磁気が現れる様な意味で解釈できよう。薄紙のギャップが砂鉄の表面固着から周辺部への移動を可能にしたと観たい。それがマグネットの外径部、内径部での砂鉄模様の発生原因であろうと解釈したい。またリングマグネットは中心部に空洞が在るから、そこの内径側面部でのエネルギー流は外径側面部と逆の流れとなる。

磁気、砂鉄模様に関する過去の記事。道草問答(4)マグネットの砂鉄模様、2015年の記事、磁束と科学理論砂鉄磁気特性(B-H曲線)と計量単位の意味コンパスと砂鉄の心

 

磁場とは何か?-物理学の命題ー

物理学の命題 命題と言えば哲学あるいは倫理学の論議に成る様でもある。しかし自然科学分野の物理学の命題である。電気磁気学では、電場と磁場がその論理の根幹を成している。その中で、磁場を取上げてその本質を考えてみたい。どうも自然科学の基礎概念には、論理的な検証に耐えないものが殆どのように思う。何方か磁場とは何かを明確に定義できる方が居られたら、勝手ながらお教え頂ければ有り難い。改まってこんな事を書くにはそれなりの理由がある。先日ニュースに、千葉県での地球の磁場の逆転層の存在の話題が紹介されていた。確かに磁場はコンパスで極性を簡単に判定できる。電場の場合はそんなに簡単に極性判定をすることは出来ない。磁石は日常生活にありふれているものだ。だから磁場が無いなどと言っても信じてはもらえない。しかし、磁場とは何かと自問してみても、磁束がある訳ではないから磁石の周りの磁力を生む原因を物理学理論の中から答を得ようとしてもそれは無理である事だけは解る。そこで物理学の命題と言うことに成る。千葉の地球磁場の逆転層の意味を理解するには、磁場の物理学的明快な理解が市民レベルで出来なければ、その科学的論拠を共有できないと言う誠に困った(自分だけかも知れない?)事態に成るのではないかと思う。科学認識は市民との共有が前提でなければならない。

磁場の原因 磁場を作り出す磁極があるかと尋ねれば、磁極は存在しない事に成っている。磁場を構成する磁束とは何かと尋ねれば、答えられないのである。磁束を作り出す素が無いのである。基があれば、その発生原因を確定できる筈だ。地球磁場が存在すると言う解釈は誰もが疑わない。磁束が地球の北極に入り込んで、中心を通って(?)南極から磁束が出ていると説明されている。と言ってよかろう?はっきり断っておきたいが、磁束などは無いのである。検索しても磁束がどんなものかを明確に説明した記事が見当たらない。地磁気は地球の周りを地球の速度以上の速度で回転しているエネルギー流なのである(2018・11・06追記)。最近は衛星が地球のエネルギー環境に影響を及ぼしていないかと気掛かりだ。地磁気の原因である地球表面のエネルギー流に影響して、地磁気が弱まっているかも知れない。

鋏の磁場 鋏も鉄系の材料で出来ていよう。今回の千葉の話題で思い出した。以前砂鉄模様の記事を書いた時、手元の鋏の磁場が不可解な様子を示した事を思い出した。

鋏の磁場模様鋏の磁気模様 鋏に砂鉄を振りかけた。その砂鉄の模様は鋏の各部の磁気状態を示しているのだ。鋏の先端部は上も下も全体が磁極のS極に成っている。支点部も同様にS極だ。その間の腹の部分だけがN極に成っている。何故このような一本の鉄金属がSNSと不思議な磁石となったか。

S極先端先端S極 地磁気の方向を紙片で示した。コンパスのN極が指すから鋏の先端はS極である。

N極腹部腹部N極

S極握り部握り部S極 何故SNSの3極に成るか?

鋏の磁場模様 この磁場模様に向き合って、我々はどのような物理学理論で心に受け入れれば良いか。この鋏が製品として、出来上がった時点でこのような磁場模様に成っていただろうか。その疑問に答えるには、コンパスと砂鉄の心での磁場模様についての解釈が必要と考える。『エネルギー』の独立した物理量の概念が物理学理論には無い。磁場の砂鉄模様を作り出す原因がコンパスの周りの空間に流れる『エネルギー』による現象であると言う物理的認識を要請している。物理学理論に無い物理的認識を。そこからの解釈は、鋏の切れ味の鋭さの下、その二つのすれ合う歯の摩擦と滑らかさに因って生まれる『熱エネルギー』の仕業と観る。エネルギーは熱も電磁気も光も自然界の現れ方の多様な姿でしかないのだ。磁場も電場も『エネルギー』の人の解釈の姿でしかないのだ。鋏を他にも調べると、3極も2極もある。

科学研究と費用 最近の基礎研究はとても大きな設備投資が要求される。費用でその研究の価値・社会的影響力が推し量られるような時代に成った。砂鉄模様から考えるなど、科学研究等と言えるものではない。日常生活上の感性に因る自然評価法でしかない。しかしその中にこそ自然の真髄があると思う。

コンパスと砂鉄の心

天然・自然。人は言葉で語る。思うこと、伝えたい事を言葉によって表現する。天然の言葉は宇宙共通用語だ。どこに行っても同じ事を姿、形にしている。人はそれを見て、その心を読み解く。

指針マグネットコンパスと砂鉄 コンパスに砂鉄を振りかけた模様だ。今までのコンパスの解釈を少し訂正しなければならない。コンパスの磁界コンパス コンパスの磁極の意味をエネルギーの回転流で単純に捉えて来た。しかしその砂鉄模様はもっと複雑である。単純にNS磁極を磁束で表現できない砂鉄模様である。コンパスと砂鉄の模様から、その心をどのように読むかは人の心で読むしかない。

天然の心模様磁気模様 砂鉄模様を書き写してみた。この砂鉄模様に示したコンパスの言葉をどのように翻訳するかはそれぞれの人の心に任される。磁束と言う用語を使えば、上のような模様に描けるかと思う。砂鉄模様を見る限り、磁束がコンパスのNS磁極の方向を向いているとは見えない。殆ど横向きのようだ。こんな磁束では、コンパスが何故北極、南極の磁極を指すのか理解しかねる。科学理論は数学的表現で共通の解釈を求める。特に理論物理学がそのようである。こんなコンパスの磁気現象を科学理論で解釈しようと思っても、数式による表現は難しい。このような日常生活に見られる電気磁気学の一端でもある磁界も理論物理学の回答が求められる問題である。さて磁束でどう解釈するか?磁束概念を捨てなければ、コンパスの心は読めないと思い、エネルギー流で翻訳する。

磁気とエネルギー磁気とエネルギー コンパスのN極側の空間磁場のエネルギー流を第三角法による展開図で示す。コンパスの上下面、正面および前面から見たエネルギーの流れを示した。その様子を別の表現で示す。

コンパスのエネルギー流コンパスのエネルギー流 コンパスの磁界に反応する機能はNSの磁極の先端部によって方向指示をすると解釈した。コンパスの側面は方向指示に対しては、互いに打ち消し合い、方向性には寄与しない。コンパスの支持点Oに対して回転トルクとして機能するのがNS極の先端である。訂正したコンパスを示す。コンパス訂正コンパス 機能は先端部だけのエネルギー流となる。

新世界への扉ーコンデンサの磁界ー コンパスのエネルギー流解釈がコンデンサの静電界のエネルギー流の解釈を導く。新世界ー科学の要ーに繋がった。

地磁気とコンパス この解釈に繋がる。

磁界・磁気概念の本質

電気磁気学は電荷に基づく『電界』と、もう一つの『磁界』との二つの電磁気的組み合わせで解釈されている。今回は、磁界あるいは磁気と言う概念について、物理学的理論の矛盾を指摘し、その本質がどのようなものであるかを明らかにしたいと思う。結論は「磁界はエネルギーの回転流である」と言う一点にある。

1990年の秋に、磁界とは何かを明らかにしたくて手掛けた時の写真がある。それは家庭用のキャップマグネットで確認したものである(現像は1992年秋)。右の下の写真(2)は上の(1)マグネット上の砂鉄模様である。金属キャップとマグネット間に環状の砂鉄模様と、その外側に砂鉄の空隙ギャップ部が出来ている。砂鉄の欠けた円環部が何故生じるかは単に磁束概念では捉えられないと考える。ここから磁場に思い入れが始った。2007年に、日本物理学会第63回年次大会資料写真を撮った。直径6cm弱のマグネットを量販店で購入。それが右写真である。その2007/12/14(2)はマグネット上の紙の上に砂鉄を振りまいたものである。この写真は、決してマグネットの表面は均等磁場で無いことを示している。もともと磁束などが磁石の空間に実在すると解釈することそのものが、一つの便宜的な技術的導入概念なのである。だから磁石面近傍が均一な磁束分布等と考えること自身が間違っているのである。そこで、磁石の磁極表面の砂鉄分布模様が何故このように周辺部に集中した円環状になるのかに、答えなければならない訳である。そこで、2枚の磁石間のギャップで、砂鉄模様がどのようになるかを調べた。誠にお粗末な間に合わせ実験ではあるが、経費縮減、効果絶大を狙ったものである。何処かの事業仕分けの対象科学研究に比べて、意義は絶大と認識している。そのギャップ空間の磁気状態は誠に興味深いものである。間隙のギャップ長が長ければ、磁極のN,S間の砂鉄は中心付近で柱状に繋がる。その柱状砂鉄模様も基本的には、中心部でも円環状に連結した分布となる。それが2007/12/14(3)の写真である(研究データとしては稚拙であるが)。ところが、そのギャップ長を短く狭めてゆくと、砂鉄は磁石の周辺部に全部集まり、円環リングで磁石が連結される。胃カメラの様な微小レンズのカメラなら、はっきり示せるが研究費ゼロの身の上の哀しさ。後は頭で纏めるしか方法は無い。学会で発表した論題「磁力密度 f=rot(S/v)」は力の概念をも統一的に解釈するものであり、力の基本的認識はエネルギーの回転流に基づくと解釈している。力ベクトルf[N/(単位体積)]、エネルギー流S[J/s(単位面積)](ポインチングベクトル)およびエネルギー流速度v[m/s]の関係を表している。竜巻も宇宙の銀河も全て渦流でその存在を示している。(2013/02/06)現在は力の式に対して、修正したもので解釈している。修正式(dp/dt=rot S [J/m^3/s]=[N/m^2/s])で圧力の時間的変化を加味した解釈で捉えている(追記)。磁場とコイルコイル反発力の訂正話が脇に逸れてしまいました。ここで磁場エネルギー流の解釈を図に示す。マグネットのエネルギー流なお、上の図でコイルとマグネットの接近時に生じる反発力の表現で、エネルギー流に曖昧な点があることに気付いたので、訂正してエネルギー流の近接力の意味を示した。磁石の表面近傍の空間には、必ずエネルギーは実在する。磁束概念を否定しても、磁場解釈の理論などは無くても、エネルギーは確実に実在する。その実在するエネルギーを、空間の中にどのような姿として捉えるかは、それぞれの人の感性に係る問題でもある。磁石同士が強力な吸引力を呈することは誰でも子供の頃から知っている事である。空間に存在するエネルギーを捉えていないのが『現代物理学理論の欠陥』である。それが光量子のエネルギーの実態を理解できない原因になっていると思う。その具体的な視点として、ここに磁石表面のエネルギー流の様相を描いて、その意味を説明した。