食酢と水銀を用いた単極誘導モーターに生じる力の作用と反作用について調べた結果を動画サイトに掲載しました。
動画 1 (単極誘導モーターの力学特性について)
実験1について。
メッキされたネオジム磁石を(-)電極とし、リング状の銅電極を(+)電極とします。容器に食酢を入れDC30Vを印加しますと最初0.6Aくらい流れ、酢は反時計方向に渦を作ります。電流は次第に増加します。
銅円板を用いた単極誘導モーターではブラシを固定しますので、銅円板は時計方向に回転します。実験1では写真2の銅円板とブラシを固定し、間に食酢を入れたのと同じですので、食酢は反時計方向に回転するわけです。
動画ではあまりはっきりしませんけれど、渦は磁石に近いほど速いです。 つまり、渦の動きの反作用は(-)電極であるネオジム磁石が受けていることになります。 そこで、(-)電極とネオジム磁石を分離してみます。ネオジム磁石がリング状なのは後の実験との都合により用いました。
実験 2について。
磁石をテープにて覆い電気的に絶縁します。0.1㎜厚の銅板を磁石に巻き付けたリング状にして、(-)電極とします。実験1と同様に外電極を(+)とします。電流を流すと食酢は反時計方向に渦を作ります。 フェライト磁石を用いていますが、渦の状態がよく撮れていますので動画に採用しました。特に意味はありません。 実験2の結果、渦の反作用は次の通り考えられます。
- 渦の反作用を磁石が受けている。
- 渦の反作用を内電極(-)が受けている。
- 渦の反作用を内電極(-) と 磁石が受けている。
のいずれかということになります。
実験 3について。
内電極(-)として銅板をリング状にして上から0.2㎜のUEW線で吊り下げます。ねじれに対してかなり敏感で、電流を流すと食酢は反時計方向に渦を作るとともに内電極(-)は静止した6時の位置から最大10時の位置まで大きく振れました。実験3の結果
- 渦の反作用を内電極(-) と 磁石が受けている。
- 渦の反作用を内電極(-)が受けている。
のどちらかということになります。
実験 4について。
内電極(-)は、銅板をリング状にして容器に固定します。内電極(-)と外電極(+)の間に水銀を入れます。このとき用いた水銀は約100gほどで、吊り下げた磁石は20gでした。DC0.5Vで30Aから50A流したところ、吊り下げた磁石が水銀の渦の反作用を受けている様子は観察されませんでした。 水銀の渦がゆっくり回転を始めるのは重いためでもありますけれど、磁石から少し離れているせいでもあります。 実験の結果をまとめると次の通り考えられます。
食酢と水銀を用いた単極誘導モーターに生じる力の反作用は内電極(-)が受けている
と考えられます。他の形式での実験でも同じ結果を得ています。
ここで、ファラデーが発見した単極誘導についてあらためて記しますと
端面を磁極とする円柱状磁石に対して、同軸上の導体円板を配して軸回りに回転させると、中心軸と円板の外縁部に
① 磁石を固定して円板を回転すると誘導電流が流れる。
② 円板を固定して磁石を回転すると誘導電流は流れない。
③ 磁石と円板を一緒に回転すると誘導電流が流れる。 という現象です。
一般に、③が不思議だとされています。つまり、磁力線は、磁石にくっついて動くのか、それとも空間に固定されているのか、ということです。
動画1による単極誘導モーターの実験結果は、観測者に対して磁石が動いているか、動かないかは問題ではなく、そもそも磁石は力学的に孤立しているということです。すると上の③が不思議なのではなく、②も③も当然なのだと理解できます。
ここで、実験の結果を踏まえて単極誘導モーターを定義すると次のようになります。
『軸対称な磁石の近傍を、軸方向に運動する電子には運動方向に直交する力が働く。生じる力は、電子の進行方向に対して左方向であって、その作用は電極や水銀などの導体、電解質に働く。反作用も電極や導体に働く。生じる力に関して磁石は関係しない。』 となります。
では、磁石から離れた位置を運動する電子に磁石が働きかける”何か”とはいったい何なのでしょうか?これが「磁”力”線」あるは磁気といえるのでしょうか?
電磁誘導の現象においては磁石は力学的に含まれています。
動画 2
だからこその磁力線だとわかります。しかし単極誘導に関しては磁力線での説明に無理があると思います。
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