誘導起電力「ローレンツ力とファラデー電磁誘導」はどんなつながりがあるの?

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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レツ力はなぜ同じ起電力を与えるのか~

先日このようなタイトルのプレスリリースをみました。「ファインマンも解けなかった!」というタイトルがまたキャッチーですね。

磁場中を横切る導線というカタカナの「コの字型」の回路の問題がよく高校物理で出題されるのですが、このときに起こる電磁誘導の考え方として2つの考え方があります。

それは、

① 導線の中の電荷に働くローレンツ力から考える方法

② 回路全体をコイルとして考えて、ファラデーの電磁誘導の法則から導く方法の2つの方法

の2つです。私は授業ではどちらの方法も教えつつも、問題を解くときには①の方法を使って解くようにしています。

あなたは解ける?コの字型回路のパターンその2

生徒向けの内部動画ですが、こんなのも作っています。どちらも同じ答えにたどり着くのですが、これを統一的にどう考えればいいのか?ということが、今回の研究で示されたという内容です。

記事によれば、

小泉准教授は、電子の運動を量子力学的な波動関数で記述すると同時に、電磁場をゲージ場とし、電場、磁場の代わりにゲージポテンシャルを用いることにより、この問題を解きました。

ということだそうです。

量子力学が関係をしており、論文の内容を理解するのに一筋縄ではいかないような感じではありますが、①と②の関係性についてよく生徒から質問を受けていましたので、教えるほうとしてはとてもうれしい研究結果ですね。

物理はなかなか教科書の内容が新しくなりませんが、次回の改訂等で少し新しくなる可能性のある研究でワクワクしました。

面白いニュースをみつけましたら、ぜひ私にも教えてください(^^)

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桑子 研(くわこけん)
 1981年群馬県生まれ。サイエンストレーナーとして全国で実験教室やICT活用講演会を開いている。著書は『大人のための高校物理復習帳』(講談社)、『きめる!物理基礎』(学研)など10冊。