タグ別アーカイブ: 質量問答

電気現象と三角関数

電気現象、特に交流回路の電気回路解析には三角関数の数学的処理が欠かせない。波の正弦波の周期性を、時間変数に対する計算手法で算定できる意味は数学の貢献で特筆すべき事と思う。有り触れたなじみ深い三角関数はその関数の概念も分かり易さで優れている。しかし、電気現象への応用数学として使いなれているにも拘らず、本当に理解しているのかと自問自答してみた。三角関数一つを取上げてみても、そこには十分捉え切っていない部分があることに気付かされた。
指導と要領 どこかのお偉い方が決める「何々要領」じゃないが、指導者が何事にも疑問を持っていつも向き合っていないと大切な噛み砕いて理解する『深く易しい意味』を教えずに過ごしているように思った。それが指導の要領であろうと。教育関係機関から不要とされて、彷徨う者が言うのも可笑しな錯覚か。今頃になって、解らずにこの何年かを過ごして、今不図気付いたことがある。回路要素によって決まる『時定数』の時間概念について。その認識不足を取り上げたい。

電気回路と数式 電気回路解析に三角関数は必須である。その辺の基礎から考えてみた。

インピーダンスと三角関数が交流回路の解析に必要な基礎知識である。電源電圧が決まれば、回路動作はその回路要素の値によって全てが決まる。その三角関数による表現手法が基礎知識として求められる。

インピーダンスの計算問答 交流回路のインピーダンスは各回路要素の特性から複素関数的な取扱いをするので、『虚数』概念を用いるようだ。虚数は記号 j かあるいはi を使う。ここでは電気記号で使う記号 j とする。

ピタゴラスと虚数の関係

上のインピーダンス表記法の虚数問題の解決法は虚数を使わない三次元空間ベクトル問題(時間を入れて4次元)として別の記事で改めて示すつもりだ。

三角関数とその意味 自分の理解している三角関数の意味を確認した。

電流と位相 電流の三角関数式の意味をまとめた。

電流と位相 電圧に対する電流波形の位相差φが回路要素によって決まる。

インピーダンスと時定数 交流回路解析では、時定数を用いたインピーダンス表現はしていないのかもしれない。しかし電気回路の要素によってその回路に特有の『時定数』があると考えた。インピーダンスはその時定数とエネルギー消費負荷要素の抵抗値とで回路の現象が決まる筈だ。

インピーダンスと時定数 R-L-Cの直列回路でそのインピーダンスは複雑な表式になる。インダクタンスもキャパシタンスもどちらもエネルギーの貯蔵要素である。その合成値は一つのリアクタンスと看做せよう。LとCのエネルギーの貯蔵機能は電源電圧周期波形に対して位相が90度ずれて、エネルギーの貯蔵と放出が反転している。エネルギーに対する機能として見た場合、差し引きの差分で回路外部には見える。だからリアクトルとキャパシタンスはその外部から見れば、エネルギーの差分の機能しかないと見做せる。だから合成リアクタンスと看做して良い筈だ。従って、エネルギーの消費要素抵抗値と周期的吸収放出の機能要素リアクタンス分との比率で回路要素全体の特性が評価可能となる。それが『時定数』の(4)式の表式である。ここで、『エネルギー』とは何かを物理現象として認識していることが基本的に必要である。

エネルギーと質量の関係 電気回路を解析する技術感覚から『エネルギー』の意味を捉えている。それは電気工学的分野からの狭い捉え方と言えるだろうか。ここに書く内容はとても気掛かりな意味を持つものである。それは現代科学理論として物理学理論の根幹を否定するような内容かも知れず、とても気の重いものである。出来たら書きたくないのだ。気体分子運動論も質量が世界の根幹を成しその運動エネルギーが温度のエネルギーの原因となっているとの解釈であると思う。物理学の『エネルギー』を論じる場合に、質量の無い『エネルギー』をどのように認識しているかが理解できないのである。しかし『エネルギー』概念をどのように捉えるかが長年科学技術と物理学理論の間の繋がりを考えて来た結果の主要な自分の論点でもあれば、やはり述べない訳にはゆかないので、ご勘弁の程。即ち科学技術と自然科学論の間に横たわる解決すべき問題に『エネルギー』概念があると思う。自然科学論は自然現象の根本原理を解き明かす本質的で、科学技術より高尚な学問と看做されて来たように思う。それが物理学理論と看做されていよう。科学技術と科学理論の間に横たわる未解決の命題だ。その本源は「質量」が何から構成されているかを問う問題でもある。それが素粒子論の主題となる論題でもあろう。E= m c^2^ [J] と質量m[kg] の間の根本命題である。私のつたない物理学的非専門的視点からの結論であるが。質量mが『エネルギー』から構成されているから、光速度 c [m/s] の光エネルギーに変換されるのだ。その光のエネルギーに質量が無い訳は質量の元の構成エネルギーが解放されて光のエネルギーになったからである。だから『質量』と『エネルギー』は等価で変換関係が成り立つのだ。光になった分の質量は当然姿が消える訳である。その事を『質量欠損』と言う言葉で巧く表現していると理解していたが、原子核崩壊現象の解釈を見るとどうもそうではないようにも思えて専門的解釈を理解しかねている。昭和62年に発表した『静電界は磁界を伴う』の根本命題が自然界の全ての概念は『エネルギー』に統一されると言う意味であった。電気工学技術からの『エネルギー』感覚がそう言わせて来たように思う。電気技術から電気回路の『エネルギー』がどのような意味を持っているかの、とても単純で、難しい理論も必要としない基本の問題を三角関数の計算問題として取り扱いながら考えて来ただけである。その電気回路内の『エネルギー』には決して「質量」を必要としないと言う結論の感覚がある。結局、質量を必要としない『エネルギー』を物理学理論で認識しているかの問題と考える。コイルに蓄えられる『エネルギー』とはコイルのどこに実在する『エネルギー』と解釈するか。コンデンサに蓄えられる『エネルギー』はどこに実在する『エネルギー』と解釈するか。その『エネルギー』はコイルとコンデンサのどちらに貯蔵されようと全く違いの無い同じ『エネルギー』である。その『エネルギー』の意味が理解されているかの問題であると考える。電流がエネルギーでもなければ、コイル電圧がエネルギーでもない。コイル電圧とコイル電流を掛けてもコイルに貯蔵された『エネルギー』は見えないのである。(4)式からLとCのどちらが優勢な機能を示すかはその合成値が『正』になるか『負』になるかで決まる。インピーダンス値は2乗するから区別は出来ないが、電圧に対する電流位相φの正負として現れる。それが次の時定数と力率角の三角関数の正弦波波形の位相関係になる。ここの『エネルギー』と『質量』の関係論は特別高度な理論を必要としない単なる三角関数式から考える電気回路内の『エネルギー』の話である。別の見方を示せば、コイル内に光エネルギー(電気エネルギー)が蓄えられ、コンデンサ内に同じく光エネルギー(電気エネルギー)が蓄えられると言う意味で解釈するのみでしかない。物理学理論を理解しているかと問われれば、高等学校の教科書の内容程度しか分からない、その分野の全くの素人の科学技術的感覚からの論でしかありません。

 

時定数と力率角

時定数と力率角 時定数の次元は時間の秒となる。しかし正弦波の波形上に取ると時間とは異なる不可解があった。その意味が判明したので上の図に示した。回路時定数から観る電気現象の記事を書く途中でこの記事が先になった。

(2017/07/14)追記 この記事に関連ある三角関数と回路要素の『エネルギー』について書いた。参考に電気回路要素のエネルギー(数式と意味)がある。

炭素結合の秘め事

#標題下に、『カテゴリー』と『タグ』が入らない訳は?#(投稿 2012/04/15)

(2013/04/25)記事の修正。 原子結合の一つの解釈に『共有結合』がある。それは外殻電子同士が互いに相手の原子との結合に、共有した二つの電子の組み合わせとして働くような意味と解釈している。二つの負の電荷がともに結合して原子同士を繋ぎ合せる結合力に成ると言う意味であろう。クーロン力は同じ電荷同士は反発する原則を示す。しかし何故『共有結合』という電子同士が融合するのかを論理的に説明しなければ、科学論ではないと言いたい。こんなところにも、科学論の独善的、権威的な姿が見える。市民はそんな科学論でも、納得するだろうか。その『共有結合』という科学論の正体を解剖しようと考えて、その代表例に『ダイヤモンド』を選んだ。しかし、以下の記述は誠に見難い構成に成っている。そこで改めて順序を並べ替えて、修正する。(印刷するには、95パーセント縮尺で全体ができる?)。『電荷』とか『電子』などの意味を考える為に、クーロンの法則を斬る

炭素結合の秘め事 序章 (2012年4月15日に書きだし)

ダイヤモンドは人に特別な思いを抱かせる。その宝石の価値は輝きと希少な存在にあろう。ここでダイヤモンドを採り上げた訳はその原子結合に秘められた『力』の意味を探りたいからである。ダイヤモンドの硬度は工具などにも極めて有用である。それは炭素原子の結合に秘密が隠されている。その結合を物理学や化学理論では『共有結合』と言う電子結合によって解釈している。私がここで論じる事は『電子』と言う負の電荷を破棄した場合に、どんな原子結合論を考えれば良いかと言う「現代物理学理論」の根幹を否定する論になる。昨年の東日本大震災の2次災害として大きな事件を引き起した福島原子力発電所の問題がある。その事件が様々な科学的問題を引き起したと言わなければならない。市民が「自然科学」に無関心で居られない事を突きつけた事件でもある。原子核理論等には素人である私であるが、以前から唱えて来た科学基礎論が何かの因縁のように、この原発問題でその『原子核理論』にまで踏み込まざるを得ない状況になってしまった。ここで、結論に繋がる基本を示しておきたい。陽子、中性子などの結合を繋ぐ『力』は何かという問題である。古くは、湯川秀樹のノーベル賞対象である「中間子理論」がその解釈に採られている。しかし電荷を否定した筆者にはそれは受け入れられない理論である。素粒子はその根源は「エネルギー流」であるとの認識に立った論理になる。簡単にいえば、全ての核子は『磁気マグネット』である。例えば、「地磁気」とは何か?昭和63年電気学会全国大会 32 電磁界の物理的概念と地磁気の解釈 で発表した事がある。地球表面を磁気エネルギーが偏西風(2018/11/15追記。この偏西風という方向は地球自転の方向とは無関係であると理解した。地球自転と周回空気層の関係は海流や貿易風としての意味であった。地球自転の方向と地表のエネルギー流とが何か意味を持っているかと考えるが、その訳は未だ分からない。)と同じ向きに回流していると解釈すべきである。エネルギー流から地球の「北極」は磁石の南極、「南極」は磁石の北極である。世界はエネルギーの回転流に因る『力』で結びつけられている。核子の結合力も、ダイヤモンドの結合力も『磁気マグネット』の結合に因ると解釈すべきである。今書いている 放射能と発熱の正体は何か?に関連した話になりそうである。素粒子とは何かを考えて、素粒子ーその実相ー に解釈を提起した。地磁気に関する最近の認識を示した記事が地磁気とコンパスである。

原子と構造 とても大きな問題に取り掛かるには非力である事を考えると躊躇する。しかも内容は世界の物理学基礎理論に対抗するものである。当然科学研究の機関紙に投稿すべきものであり、査読を経なければ意味が無いかもしれない。残念ながら、やむなくブログであるが『真理・真実』と考える『問答』を提起したい。先ず初めに、エネルギーで観る世界ー素粒子ーをご覧いただきたい。さて、『原子構造』をどのように解釈するかの『問答』に入る。単純な例を考えて見よう。原子力発電の核燃料はウラン235と言う原子である。原子番号は92である。核はプラスの電荷を背負った『陽子』92個と電気的に中性(プラスとマイナスの電荷を釣り合うように保有しているから中性と考えるべきか、あるいは電荷その物を保有していないと考えるべきかは極めて重要な『問答』対象の意味を持つと考える)な中性子143個から成り立つようだ。その次に、その核の周りをどの程度離れているかは分からないが、質量とマイナスの電荷を持った92個の素粒子『電子』が核の陽子と電気的に釣り合うように、核の周辺を回っていると教科書では説明されているようだ。私にはそんな92個の電子がクーロン力の反発を避けながら、なんで中心核の陽子とだけ電気力(クーロン力)で釣り合う力が発揮されると考えるのか、その道理が分からない。近くの電子同士の反発力を避けられて、何故遠くの陽子と引き合う引力が生まれるのか?その点は大きな『問答』の対象である。

(2012/04/23)追記分。原子構造論には、その構成素粒子の意味を確認しておく必要があろう。そこで基本素粒子についてファイルにまとめた。エネルギーで観る世界ー素粒子ーでなく、ここに載せて考える。素粒子素粒子の質量は定数として決まった値のようだ。『質量』とは天然の世界を構成する全ての物の基本概念と考えて良かろう。宇宙全体の存在を形作るものであろう。その全体を統べるものである『光』も質量がその基にある。光速度で伝播する限りは光に『質量』は隠されていて、観えない。しかし光も吸収されれば、『質量』に成り、質量が見える。上の3つの素粒子の質量について量的問答をしてみよう。素粒子問答上に示した問答で、やはり電荷が質量にどのように付帯するかを示すことが「素粒子論」の基本命題と考える。しかしその電荷の事は一先ずおいて、質量の解釈問答をしたい。ヒッグス粒子が発見されたと言うニュースがある。ヒッグス粒子が無いと、世界に『質量』が存在しないかの如く報道されている。私はとても信じられない科学報道事件である。その意味で、やはり自分が信じる『質量』の意味を論じておきたい。そこで、一つの質量問答を提起する。質量問答2勝手に大学入試問題として取り上げたらよかろうと思った問題である。こんな問題は、その解答を評価し、採点するとなると難しい事に成りそうだ。自分の科学論の力量不足を恥じながらも、自分なりの『質量問題』の解答をしてみたい。質量問答2の解答ここで述べた解答例は、エネルギーを独立した物理量と認識しなければ、理解されないものであろう。質量とエネルギーの等価性。その認識に係っていよう。

炭素原子と構造 (2012/05/02)追記分。原子の構成素粒子の話から、そろそろダイヤモンドの話に入ろう。原子の外殻周回電子像を否定せざるを得ない事に成ってしまったから、自分なりに原子構造とその結合について、解釈を示さなければならない。『電荷』概念否定に因る原子構造論。原子構造論への視点原子構造論への視点として纏めた。その観点から原子構造を解釈すれば、エネルギー一つの物理量で世界が認識出来ると思う。その視点で、炭素原子とダイヤモンド結晶の話に繋がると解釈した。炭素原子分1炭素原子分1ダイヤモンドは、石の囁き 聞こえますか の内容にも通じる話である。

炭素原子と構造モデル (2012/04/24)追記分。炭素原子の構造を考えてみた。ファイルで提示したい。炭素原子分2卓球の球を使って、その対象点をカラーシールで表示した。しかし緑と青の色分けが解り難いようである。写真の下辺が緑であるが、青色に見えてしまった。青色シールを球表面の4等分面の中心に貼って記してみた。同様に緑も4等分点に貼った。その緑と青の間に白のシールを張ると、白が6等分面に分割することに成る。空間的な認識はなかなか難しい。蛇足の幾何問題。例えば、直径40mmの球面を、上の絵図のように白で6等分すると、一つの面積は幾らだろうか?球面全体の立体角は4πラジアンであるから、(4π/6)×(4o/2)^2^=837.3[㎜^2]と、立体角(球と立体角)で計算できる。上の絵図は球面で原子構造を表現したが、炭素原子が4価であるから、正4面体で表現しても良かろう。炭素原子分3正四面体で炭素原子を捉えてみた。ダイヤモンド結晶の堅い結合は何が支えているか。そこには特別の強力な結合力が潜んでいると考えたい。電子の『共有結合』などのあやふやな力では、そんな力は生まれないと考えた。身近な日常生活で、誰もが経験している物が、磁石の吸引力である。あのそれこそ『距離の逆何乗法則』かと思えるような、近付けば、近付く程強まる吸引力は強固な結合力を支えるにふふさわしい『力』と考えて良かろう。そこで、図に示すような、赤丸シールがS極、青丸シールがN極の磁極とすれば、実に強固なダイヤモンド結晶を支えると解釈した。電気現象を扱う人なら、電荷や、電界等は殆ど力の源と解釈するには、覚束ない程の微弱な物でしかないと感覚的に感じている筈だ。それに対して、モーター初め、電磁石などの電磁スイッチの強力な動作現象は極めて的確で、頼り甲斐の有る技術と認識している。そんな技術感覚的なところから、当然の結論として結び付けた。その正四面体とマグネットの関係を図式化してみる。IMG_0427正四面体の赤いS極面の表面エネルギー流を矢印で示した。青のN極面も同様にエネルギーの流れる方向を示した。電磁気学で、右ねじの法則で磁場と電流の関係を表現しているが、その手法を取り入れると、図に示したように表せる。『左ねじの法則』で、N極方向を進行方向と解釈する図である。しかし逆に、S極をネジの進む向きとすれば、ネジをS極向きで表現した方がよいかもしれない。それなら地球の磁場(北極がS極である)にも『右ねじの法則』で対応できるから。

追記(2012/05/09)の部分。 炭素原子を正四面体で、その原子結合面をマグネットで対応させる原子モデルを提案した。今までの外殻電子軌道の原子構造論に対して、このマグネット結合を比べると、益々『電荷』論が無意味に思える。ダイヤモンドの秘め事のほぼ最終の「秘め事」に辿り着いたと言えよう。ブリリアントカットがどのような研磨面のことかは知らない。しかし、そのカット面の意味も含むかと思う炭素結合単位の『単位結晶』とも見做せる図案を提示したい。ダイヤモンド結晶以上で、結論とする。