＊＊＊＊追記９／２１ 電磁気現象をＥ－Ｍ軸での位相問題として考察しています。別の対称性について考えていて、電磁誘導の図化が間違っていることに気づきました。そこで、図６、図１０、図１２を削除します。ただし、記事に示したい対称性の考え方は間違っているとは考えていません。そこで、記事全部を削除せずに図を削除したまま考察を続けます。ご理解のほどよろしくお願いいたします。 ＊＊＊＊ → なお、削除した図において、正しくは「黒色で示した実線は起電力」、「緑色で示した破線は運動」と訂正しますので、読み替えてください。混乱を避けるため、図は差し替えません。あしからず。
電気磁気の性質を言うときよく用いられるのが次図です。
図１ ファラデーの法則とアンペールの法則
そして、 電磁気学 の成果である電磁波を説明するに次の図が用いられます。
図２ 出展：電磁界・電磁波ってなに？
図２は図１に示した電場磁場を直交して組み合わせたものです。綺麗に説明できています。
しかし、管理人は 電磁気学 の教科書に違和感がありました。正直、わかりにくいです。その理由はいくつかあります。調べた限りの教科書や参考書に例外はありませんでした。
- 電気磁気のいずれも、力が何処と何処に働くか、ほとんど示されていない。力学的特性についての記述が皆無である。
- 単極誘導についての説明がほぼない。しかもローレンツ力と言い換えられている。
- 矢鱈と抽象的な（数学）モデルに置き換えている。
２０１３年から約３年間、主に単極モーターに生じる力の作用と反作用について調べた経験からして、現在の教科書では大事なことが抜け落ちてしまっていると感じます。
最近、電磁誘導と単極誘導の間には空間的に対称な形をしていると気づいたので、順を追って説明します。少し前置きが長いです。
恐らく、図１、図２以外の形で電磁気現象について空間的な対称性があるという考え方は、これまでの関連する資料に一切出てきてないと思います。少なくとも管理人が調べた中にはありませんでした。
起電力は次式で求められるとされます。Ｖが起電力です。
右辺、第１項が電磁誘導による起電力で、第２項が単極誘導（ローレンツ力）による起電力です。
電磁誘導は（必ず）往復運動が必要で、起電力は（必ず）交番電流（交流）です。
図３ 出展：電磁誘導とは
力の作用と反作用は、磁石とコイル（電流路、経路）との間に働きます。確認しようがありませんけれど、磁石とコイルの銅線中の電子との間に働いているような気がします。
動画１
単極誘導は本質的な回転運動だと述べてきました。
図４ 出展：ファラデーの単極誘導 ／ 単極モーター の実験
起電力を得るには（必ず）回転運動が必要です。起電力は（必ず）直流です。単極誘導には不思議な点があるとされます。図４リンク先より引用します。
１．磁石を固定して円盤を回転すると誘導電流が流れる。
２．円盤を固定して磁石を回転すると誘導電流は流れない。
３．磁石と円盤を一緒に回転すると誘導電流が流れる
わかりにくいですが、磁石は起電力に必要ですが、磁石は、力学的に孤立しています。起電力にかかる作用と反作用に磁石は無関係です。確かめにくいので、単極モーターにかかる力の作用と反作用を観ます。
動画２
単極モーターに生じる力は銅円板と針金の間に生じていて、台に固定した磁石は力学的に無関係です。
動画３
銅円板で磁石を挟んだ場合、銅円板は磁石とともに回ります。この場合も磁石は必要です。しかし、モーターとして力が生じるのに、磁石は力学的に無関係です。
動画４
先の記事、2022年9月2日 「筑波大学の論文『ファインマンも解けなかった問題を解明 ～ファラデーの電磁誘導の法則とローレンツ力はなぜ同じ起電力を与えるのか～』への疑問
」において、たとえ、筑波大学の研究者が「電子の量子状態を表す波動関数の位相因子の２重性により繋がっていた」と説明されても「磁石が力学的に孤立している」という特性を説明したことにはなりません。
ここまでの説明で疑問があります。
- 運動の相対性とはどういったことなのか。
- 単極誘導は接点で生じているようだ。
- 磁石が力学的に孤立している事実は、何を意味するか。
１．について（たぶん）宇宙に中心がないからのようです。2022年7月15日の記事「なぜ 運動 は相対的なのか？」 ただし、弧理論では「宇宙の中心は別の次元軸（Ｅ軸という）上に２つある」としています。地平面の中心は地平面になく、地球の中心にあるのと同じです。２．は難しいです。今は省略します。３．については、仮説があります。この仮説が最も伝えたいことです。後で少し説明します。
さて、このような特性を持つ電磁誘導と単極誘導について、以下の対称性があると気づきました。
いま、棒状の永久磁石と磁石の周囲にある電子を考えます。
図５ Z軸方向に棒磁石を配置 重心位置を”ｏ”とする
磁石近傍にＺ軸方向に線分Ｌを考えます。Ｓ極付近をアとし、中央をイ、Ｎ極近傍をウとします。線分Ｌについては、後述する実験にて説明します。
磁石の近傍を運動する電子は力を受けます。ただし、電磁誘導は、磁石との間において力を受けますし、運動は必ず往復運動です。これが電磁誘導による起電力です。図５に電磁誘導にかかる運動と起電力を図示します。
図６
往復運動を緑の矢印で示します。Ｓ・Ｎ両極において、太い破線で示した起電力は生じます。これは、図３で示したものと同じです。
次に、図５に単極誘導にかかる運動と起電力を示します。
図７
回転運動を緑の矢印で示します。磁石の中央”ｏ”の付近が最も強いです。単極誘導で示すのは難しいので、単極モーターにかかる力の強さを（回転数として）図４の線分ＬのＡ・Ｂ・Ｃを含む各位置で調べました。
動画５
３回試した結果得られたのが次です。
図８ 磁石の中央付近での回転数が最大 両極付近は最小
凸形のグラフが得られました。これを基に図７を描いています。
次に確かめたのが「電磁誘導モーターに生じる力」＋「単極モーターに生じる力」を線分Ｌに沿って確かめる実験です。装置は次のようなものです。
動画６
スズメッキ線が下方（－Ｙ方向）に弾かれる大きさを背後に設けたメモリで読みます。実は、弾かれる様子にはムラがあることから、「生じる力を読み取る」行為として、Ｚ軸方向からカメラで（一定時間）撮ったものをスローにて再生します。その一定時間内で最大振れ幅を「読み値」としました。（いろいろ理由はありますが省略。）
動画７
実験は、線分Ｌに沿って、最大の弾かれ幅を読み取ります。アルニコ磁石の周囲の磁束密度を測ってみると軸対称ではありません。なので棒磁石をＺ軸方向に回しながら４回測定しています。得られたのが次図です。
図９
多少ばらつきがありますが、４回測定するにスズメッキ線の接点が放電により荒れるギリギリでした。（９か所×４回）を安定して撮影するのは難しかったです。
得られたのが山形の図で、両端アとウが電磁誘導モーターにかかる力で、中央のイが単極モーターにかかる力です。実は実験中に気づかなかったこととして、アとウでのスズメッキ線は、図６に示す－Ｙ方向に弾かれるだけでなくＺ軸方向へも弾かれていたようです。つまり、アとウの位置での弾かれ方は３次元的に湾曲しながら弾かれていたようです。対して動画５では、電極は固定されていますのでＺ軸方向へ振られることはなくて、単極モーターにかかる力のみが回転数として読み取れたわけです。
都合、２つの誘導現象を図５に書き加えると次図になります。
図１０
図１０が今回、お示ししたかった「電磁誘導と単極誘導にみられる対称性」です。調べた限りではこのような図はなかったと思われます。とてもきれいです。
電磁気学 が成立する過程において、何らかの不都合から徹底的にわかりにくくて、抽象的な表現にされた節がありました。振り返ると１９世紀初頭、電磁気現象を研究していた物理学者は、図１０に気づいていたと思われます。当時、３０名くらいいた学者のうち、特にヘヴィサイドたちは気づいていたはずです。
図１１
さて、図１０にある対称性について、３年ほど前までには何となく気づいていました。図化したのは最近です。以上をまとめます。
図１２
この図１０について、実験をした直後から念頭にあったのは古典的な原子模型です。
図１３ ２０世紀初頭、原子核の発見により電磁気学は修正されるべきだった
- 電磁誘導は、磁石近傍を運動する電子と磁石を構成する原子にある殻電子との相互作用
- （仮説）単極誘導は磁石近傍を運動する電子と磁石を構成する原子核（陽子・中性子）との相互作用
との考えがありました。この単極誘導にかかる仮説について、単極誘導は「原子力の一種」という表現をしてきました。サイト右のガジェットにある検索窓にて「原子力の一種」で検索すると過去９件の記事が出てきます。一番古くは 2014年7月27日の記事です。ご興味があれば検索ください。
この単極誘導についての仮説が冒頭に示した特性、単極誘導は「磁石が力学的に孤立している事実」をどう説明するかについて、次回、説明します。
謎です。
- 何故か接点に生じているように見られる。
- 磁石は力学的に無関係。
いずにしても、古典電磁気学は間違っていると判断します。冒頭に示した数式右辺の第２項と実験結果である図８と図９は異なります。
ただし、一応、誘導（発電）とモーター（電動機）とは対称な現象だということを前提としています。 実はこのことを疑っています。（非対称かも知れない。→自然は映像、かつ現象が差分ならば、非対称性はありうる。）
追記９／８ 電磁気学の教科書に感じた不自然さ、即ち「力が何処と何処に働くか、ほとんど示されていない。力学的特性についての記述が皆無である」ことや「単極誘導についての説明がほぼない。しかもローレンツ力と言い換えられている」のは、当時の物理学者たちが、依頼者に不都合なことを隠した結果だと感じます。今回の電磁誘導と単極誘導にある対称性も隠したいことの一つだと思います。ご興味があれば、サイト内を「トム・ベアデン」で検索ください。
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