勉強

理解する難しさ、説明する難しさ、できない悔しさ -電子、電気、電位、電圧、電場ー

これまでも苦手意識が特に強かった電気分野。

勉強をスケジュール通りに進めたいと思いつつ、
次へ進むとあいまいさに気付き、立ち止まる。
ここ数日はこの繰り返しでした。

電気分野を理解するには、力学のイメージ、理解が必要なんですね。

一つ一つ自分に質問していき、
少し、イメージがつかめたかな、と思うところもありますが、
まだまだです。

以下、自分との一問一答です。

電圧とは?

水を高いところまでくみ上げて流す力のこと。
→くみ上げる位置が高いほど、流れる勢いが強くなりますよね。
この場合、水の流れが電流に相当し、
高ければ高いほど、水の流れが強くなるということ。
つまり、電圧が大きいということ、ですね。

→電圧が高い=電気を流す力が強い、ということ。

力学の位置エネルギーをイメージしてわかりやすくなりました。

電気とは?

電子が動き回ることで生じる移動エネルギー。
電子が動き回っている状態。
電子が動き回る現象としてとらえるよりも、
電子が動き回ることで、移動エネルギーが生じ、
それが電気なんだ、と考える方がストンときました。
(あっているかはおいておいて・・・)

電気の流れは正極から負極へ、
電子の流れは負極から正極へ。

電子とは?

原子核のまわりを飛び回っているものです。
ある時はA地点に、ある時はB地点に、
と常に移動しており、
ある一点にいつづけるものではありません。
落ち着きのない子供のイメージ。
じっとしていて、と言っても
聞いてなんかくれない、
猛ダッシュで駆けていく我が子?

原子核とは?

原子の中心にあるものです。
陽子と中性子から構成されます。


出典:理化学研究所

原子とは?

電子と原子核から構成されます。

本題のテーマに戻って、、、

電流とは?

電気の流れ。
電子が集まって動いているときの流れ。
水路を流れる水の量。

ちょっとメディカルに例えてみると、
心臓から全身へ血液を送り出す大動脈は
血流に勢いがありますが、
全身から心臓へ血液を戻す静脈は、
動脈よりもゆっくりとした流れ。
動脈と静脈の血流の違いを、
電流が大きい、小さいととらえてみました。

電位とは?

高いところにある物体が、
地面に向かって落ちようとする力を
電気に変換してイメージしたもの、ととらえました。
位置エネルギーを電気エネルギーに変換したもの?なのかな。

電位は、絶対的な「高さ」(位置エネルギー)としてとらえます。
また、+と-の電位があります。

ある2点間の電位の差を「電圧」といいます。
電位が絶対的であるのに対し、
電圧は相対的なもの、ということですね。


琉球大学理学部准教授・前野昌弘先生の解説

電場とは?

電位が下がる方向、上がる方向を表したもの。
電荷の勢力範囲、なわばり、とイメージしてみました。

自分の勢力範囲に侵入した敵を
追い出そうとする力。
下の絵だと、力「E」が、電場のイメージ。
逃げていくのが「電荷」のイメージ。


(ちなみに、上の中国語訳は「うせろ!」)

中心から外側にいくほど、力は弱まります。
(敵の侵入を監視しきれなくなる)

電荷とは?

物体の最小単位、素粒子が持つ性質。
電気のかたまり、のイメージ。
世の中で一番小さい物体がもつ、
電気的な性質、と考えています。
プラスあり、マイナスあり。

プラス同士、マイナス同士であれば、反発し、
プラスとマイナスが近づけば引き合うもの、ですね。

ここからクーロン、アンペア、クーロンの法則、、、へと続いていきます。

力学、特に位置エネルギーのあたりを
もっと腹にストンと落ちる形でやっていれば
理解が早いだろうと思います。
物理1巡目の理解度は、現時点ではこのレベルです。

物理74は手ごわいビデオでした。
期限が気になりますが、もう少しノートにまとめてから次に進みます。

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