静電気と電流と相対性

作者：ばーでーん

静電気と電流、どちらに見えるかは、あなたと電荷の相対速度によります。

静電気は止まった電荷

周りに電界をつくる

衣類がこしれたりすると

両袖がプラスかマイナスに帯電する

両袖が近づくとパチンと放電する

その瞬間に　僕はビックリする

でも、もしぼくが走ったら

僕からみた君は止まっては見えない

「静電気」というよりも電流

電流は走った電荷

周りに磁界をつくる

ケーブルに沿ってに走らせると

軸のまわりに磁界がグルグルする

二つのケーブルを近づけたり遠ざける

その事実に　僕はワクワクする

でも、ぼくが君に同走したら

僕からみた君は止まって見える

「電流」というよりも静電気

僕が君に対して止まったら

君は縮まないけど　君と逆の電荷が縮む

君と逆の電荷とその電流がつくる

電界と磁界を受ける

僕が君の逆の電荷と一緒に動いたら

君は縮んで　君と逆の電荷は縮まない

君電荷とその電流がつくる

電界と磁界を受ける

どのみち　同じ結果になる

お読みいただきありがとうございます。

以下は興味があればで、、、

注1: 僕からみた君は止まっては見えない

僕からみた君は止まって見える

止まった電荷、静電気は、電界をつくり、パチンと放電します。動いた電荷、電流は、周りに磁界をつくります。電荷が止まって見える座標系と動いて見える座標系で、なんとなく、答えが変わりそうな気がします。相対性理論に基づいて、座標変換(ローレンツ変換)すると、片方の系では電界に見えていたものが、もう片方では磁界になったり、二つが合成して、どちらかの系から見ても同じ結果になります。

注2: どのみち　同じ結果になる

「君」はケーブルを流れる電子です。「君と逆」は原子核です。金属のなかの電子はマイナスの電荷で、電圧がかかると動きます。金属にはプラスの原子核がいます。電圧が印加されなければ全体的にも中性です。電圧をかけると、電子は動くので電子の間隔は縮んで電子のほうが原子核よりも密度が高く、マイナスに見えます。電流となる電子の平均速度を基準とした系では、原子核が動いて見えます。もしも、原子核が止まって見える系で止まっている荷電粒子がケーブルの外にいるとします。原子核が止まって見える系で止まっているので、電子のつくる電流による磁場の影響は受けません。電子と一緒に動く系からみると荷電粒子は速度を持ちます。原子核がつくる磁場の影響を受けます。

それやこれやで、相対性理論(ローレンツ変換)に基づくと、どちらかの系からみても矛盾しなくなります。

注3: 二つのケーブルを近づけたり遠ざける

どちらのケーブルからも磁界ができます。磁界を弱めるように、距離が変わるのですが、実際には、ケーブルが固定されて、応力歪になるかもしれません。

補足: コイル

本文では、真っ直ぐなケーブルの周りにできる磁界を説明しました。実用上はケーブルをコイル状にした電磁石が主役です。コイルの中心軸の片側がSもう片側がN極となります。軸の周りに荷電粒子を回転させ、まわりに逃げないようにします。

補足2: 地磁気

ご存知の通り地球は磁石です。太陽からやってきた電子と陽子(数日でやってくる)の太陽風は地磁気に捕まります。そして、大気の電離層と呼ばれる高度の原子に太陽風が衝突して発光します。これがオーロラです。