オームの法則を中学で習うが、この際に水タンクと水道管での図を見た人は次の疑問が生じたであろう。
交流の場合にはどうすんの? そう、水タンクと水道管方式の説明では交流の場合を説明できないのである。ま~モデルは説明のための大雑把なものであり、勝手に拡張解釈してもダーミ!! な場合が多々である。
そして水道管方式の印象が強い人は電線のエネルギーは電線の中を伝わるだろうと軽く考えるわけだ。それは大学で電磁気学を学び電気回路の計算練習をした理工系卒でも同じだ。エネルギーは電線内を伝わる・・・・と多くが思っているであろう。そもそも、そういうの考えたことがないのがほとんどであろう。
かくいうワタクシも考えたことがなかったのである。どーや。浅学非才!! 不勉強が身にしみる!!
そこで調べてみた。これはBard先生やBingチャット先生に訊かずに自分でGoogle検索した次第である。ワタクシはGoogle検索10段(自称)なのである。どーや。
https://note.com/hydraenids/n/na6a4efa5e0b9
真面目に考察している。著者は理学博士・・・と紹介がある。
ワタクシは電磁気学の教科書でこの問題がどのように述べられているかに興味を持った。手持ちの教科書を読み直し、図書館にある教科書を借りて読むぞの。
エネルギーが電線外部を伝わるということは書いてあっても具体的には書いてない。
上のサイトの著者は真面目に考察している。が、ワタクシはすべて納得・・・というわけでもない。まあIQ88のワタクシの愚脳では(笑) ワタクシはここで愚鈍・脳みそを縮めて愚脳という言葉を開発したのである。エライ!!
もう一つ
http://www.osssme.com/doc/funto105-no360.html
著者はシステムエンジニア・・・・と紹介がある。この手の疑問は持つ人は持つものなのであろう。だが学生のときには考えなかったであろうぞう。ワイと同じで親近感がわく(笑)
ここで気になったのは次の図だ。
電位差は2本の電線間にもあるぞの!! なんでそれを無視するん?
ま~そういうことです。電線間の距離は短いので電場は大きいと思うぞ(笑)
そしてこのサイトを見ていてわかった。ポインティングベクトルは2種類ある。それはこういうことだ。
これはエネルギーが負荷側に流れることを示すの図。
上の抵抗を抵抗=0の仮想ではなく実体として考えた時の図が次。
これはポインティングベクトルが中心を向いている。つまりエネルギーが中心に流れる。それがジュール熱になる。抵抗 = 0 と仮想した場合には(ワタクシはこれを理想状態とは言いたくないのだ、お察しくだされ)、ジュール熱は生じないが実物は抵抗があるのでして。
これを抵抗負荷にも適用すれば抵抗体の表面から中心に向かってエネルギーが流れる。発熱するのですね。
このようにジュール熱を説明するポインティングベクトルとエネルギーが電池から負荷側に流れる事を示すポインティングベクトルの二種類があるわけだ。
ついでに負荷側でのポインティングベクトルを示す。負荷側は太い赤い線ね。緑の矢印がポインティングベクトル。この図は導線の抵抗を考えてないのだが、考えるとポインティングベクトルは内側を向くわけだ。緑の矢印は導線のところにもあるのだよよん。
導線領域では導線内は横方向電場、空間は縦方向。負荷側では電場は縦方向のみ。
よってにエネルギーの流れが負荷側へ向かうポインティングベクトルと導線内・抵抗体内で中心に向かうポインティングベクトルの2種類が出てきてしもた。
ちなみに 電流のエネルギーが導線中ではなく、空間中を運ばれることはPoynting theoremから言える。--------- ここ注意な。ワタクシは Pointing だと思っていた。pointという英単語から来ているのだと勘違いしていた。エネルギーの流れを指し示す = point する・・・なんてね。
Poynting = 人名だったのですわ。どや。愚脳はこんなレベルや。コンコンチキ。
しかし、納得できるか? ポインティングベクトルは負荷の直前までは空間をやってきて、負荷のところでは内側を向くポインティングベクトルだけになってしまう。
ここら教科書ではポインティングベクトルは抵抗に吸い込まれる・・・なんて書いてあるらしいがね。
これは量子力学で波動関数が スクリーンに輝点が生じた瞬間に一点に収縮するって話と同様にワタクシは理解できないところなのである。
どや。愚脳はこんなレベルや。コンコンチキ。浅学非才!! 不勉強が身にしみる秋!! (笑)
もっとも実用上は抵抗での消費電力が P = E I = E E/R = I I R であるの知ってればOKね。
posted by toinohni at 08:02| 東京 ☀|
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