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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。