クエリ: 19世紀に活躍したドイツの物理学者で、「電流は電圧に比例し、抵抗に反比例する」という法則に名を残すのは誰でしょう?
文章: ゲオルク・オーム ゲオルク・ジーモン・オームは、ドイツの物理学者。 高校教師として働いていたが、当時アレッサンドロ・ボルタが発明したボルタ電池について研究を行った。独自に装置を製作し、導体にかかる電位差とそこに流れる電流には正比例の関係があるというオームの法則を発見した。これにより、電圧と電流と電気抵抗の基本的な関係が定義され、電気回路解析という分野が本当の意味で始まった。
文章: プランクの法則 一部の物理学の教科書を含む、量子理論の説明の多くは、プランクの法則の説明において重大な間違いを犯している。この間違いは1960年代よりも前に物理学史の研究者によって指摘されたものの、現状が示しているようにこの間違いを根絶するのは難しい。Helge Kraghの論文により、実際には何が起きたのかについてのはっきりした説明が与えられた。広く知られている通説に反し、プランクは光を量子化しなかった。この根拠としては、プランクの1901年のオリジナルの論文と、その中に参考文献としてあげられている彼の1901年以前の論文があげられる。また、著書 "Theory of Heat Radiation" においてプランク定数はヘルツ振動子 (Hertzian oscillator) を示していると説明している。量子化の概念は別の第三者によって、現在では量子力学として知られるものの中に開発された。 文章: トーマス・ゼーベック 1821年、ゼーベックは2つの異なる金属を使った回路で、金属同士の2箇所の接点に温度差を設けると方位磁針が振れることを発見した。当初ゼーベックは温度差によって金属が磁性を帯びたのだと考えた。しかし間もなく電流が発生していることがわかり、アンペールの法則によって方位磁針が振れたのだとわかった。より正確に言えば、温度差によって電位差(電圧)が生じ、それによって閉回路に電流が流れたのである。今日ではこれをゼーベック効果と呼ぶ。 発生する電圧は、2箇所の接点の温度差に比例する。その比例定数 (a) をゼーベック係数と呼ぶ。この電位差は接点以外での金属における温度勾配には依存しない。この効果が熱電対の物理学的基礎であり、温度測定によく使われている。 V = a ( T h - T c ) {\displaystyle V=a(T_{h}-T_{c})\,\!} 文章: 電気伝導 また格子は熱振動するため、固体中の電子は格子振動(フォノン)と相互作用する。これを電子-フォノン相互作用と呼ぶ。非平衡の量子統計力学では、久保亮五が線形応答の範囲で輸送係数の一般公式を与えた。これはグリーン久保公式などと呼ばれる。 久保理論では体積が無限大の系を想定しているが、サイズが有限な系、とくにメゾスコピック系の電気伝導としては、ランダウアー公式が知られている。 文章: バーニア制御 電気機関車や電車など電気を動力源とする電気鉄道は、19世紀末に登場以来、直巻整流子電動機(以下、直流電動機)が用いられてきた。直流電動機は起動時のトルク特性に優れるほか、速度制御が容易であり、20世紀末にVVVFインバータ制御による交流電動機駆動が主流となるまで、約1世紀にわたり電気車の主電動機として広く用いられた。 直流電動機の速度制御方法として採用実績が多かったのが抵抗制御方式である。安価かつ簡便に電動機の電圧を制御する方法であったが、簡便であるがゆえの課題もあり、バーニア抵抗制御はその解決策の一つとして用いられたものである。 直巻整流子電動機は、電流値が回転速度に反比例する特性を持ち、回転力(トルク)は電流値の2乗に比例することから、始動トルクが大きく、電気車の電動機として望ましい特性を持っている。しかしながら、始動時に定格電圧を作用させると電流やトルクが過大となるため、電動機にかかる電圧を低くして始動する必要がある。ここで、抵抗器を電動機と直列に配置し、電動機に作用する電圧と電流を抑えて始動する方法が抵抗制御である。 文章: 直巻整流子電動機 許容電流内に抑えて起動させるために、電動機の発電電圧と電源電圧との差を抵抗器に負担させる起動法を「抵抗制御」という。 抵抗値の基準は電源電圧から電動機の発電電圧を引いた値(=閉回路電圧)を許容電流で割った値を全抵抗とする、すなわちその抵抗値から電機子抵抗等を引いた値が起動抵抗となり加速とともに次第にゼロになる。起動時の電動機の軸出力は速度×トルク(界磁の磁気飽和によりほぼ電流比例)に比例する。 抵抗器負担分はすべて熱損失となる。 文章: ウィーデマン・フランツの法則 ウィーデマン・フランツ則の式は以下のように導くことができる。金属の電気伝導はよく知られた現象であり、自由伝導電子によるものである。電流密度 j は印加した電場に比例し、電気伝導率を係数としたオームの法則に従う (j = σ E) 。電場と電流密度はベクトルであるため、ここではオームの法則を太字で表す。電気伝導率は一般に2階のテンソル(3×3 行列)として表現できる。ここでは議論を等方的に制限し、スカラー電気伝導率とする。電気抵抗率は電気伝導率の逆数である。両方のパラメータが以下で用いられる。 1900年頃パウル・ドルーデは伝導現象(電子伝導、イオン伝導、熱伝導など)はほぼ一般化して説明できることに気づいた。伝導電子についての現象論的な説明は正しくないが、簡略的な取り扱いとすることができる。 ここでの仮定は固体中でも理想気体中のように電子が自由に動くことである。電場によって電子に印加される力は 文章: 定比例の法則 1799年にジョゼフ・ルイ・プルースト(Joseph Louis Proust)によって発表された。これに対しクロード・ルイ・ベルトレー(Claude Louis Berthollet)は、鉱物の組成などを例にあげ、化合物を構成する成分元素の比は産地や製法によって変化するとして反対した。当時はまだ混合物と化合物の違いが明確に区別されていなかったため、ベルトレーの考え方が主流であった。プルーストはこれに対し、炭酸銅が鉱物のクジャク石から得られたものも実験室で合成したものも同じ組成を持つことや、酸化銅や酸化スズに2種類のものがあることを示し、組成が変化するように見えるのはこれらの混合物であるためであることを示し反論した。定比例の法則はドルトンが原子論を提唱する際にその根拠の1つとして発表され受け入れられていった。 文章: ガウスの法則 ガウスの法則(ガウスのほうそく、英: Gauss' law)とは、カール・フリードリヒ・ガウスが1835年に発見し、1867年に発表した電荷と電場の関係をあらわす方程式である。 この式はジェームズ・クラーク・マクスウェルにより数学的に整備され、マクスウェルの方程式の1つとなった。電気におけるアンペールの法則とみなすこともできる。 ここでの単位のガウスは、磁束密度の単位であり、電場を扱うこの法則とは全く関係がない。 文章: インピーダンス インピーダンス(英: impedance)は、波動における圧と流の比(特に電気回路においては、交流回路においてある部分を流れる電流に対してその部分に加わる電圧の比)を表す。 直流回路においてはオームの法則により電圧降下は電気抵抗(レジスタンス)を比例定数として電流に比例するが、交流回路においてはコンデンサ(キャパシタ)、コイルによる位相の変化を伴う電圧降下も生じる。この効果も考慮した比例定数がインピーダンスであり、複素数で表される。単位はオーム(単位記号はΩ)が用いられる。 文章: フィリップ・レーナルト レーナルトは研究の業績のほかに、いくつかの行動によって悪名を残している。レントゲンがX線の発見に際してレーナルト管を用いたのに、レーナルトの名を引用しなかったことに激しく怒った。 レーナルトはドイツ・ナショナリズムの熱心な信奉者としても記憶されており、ドイツからアイデアを盗んだとしてイギリスの物理学を軽蔑していた。また、電流の単位としてフランスの物理学者アンドレ=マリ・アンペールに因んだアンペアを用いることを気に入らず、その代わりにドイツの物理学者ヴィルヘルム・ヴェーバーの名を用いるよう指示し、ハイデルベルクの研究所にある全ての機器の単位をヴェーバーに書き換えさせたというエピソードが残る(なお、ヴィルヘルム・ヴェーバーに因んだ「ウェーバ」は磁束の単位である)。早くから国家社会主義ドイツ労働者党の党員になっており、ナチス・ドイツ時代には非科学的な「ドイツ物理学(ドイツ語版、英語版)」を提唱し、「ユダヤ物理学」は人を惑わす間違った学問だとして無視した。これは主にアルベルト・アインシュタインの相対性理論を指しての言である。アドルフ・ヒトラーの科学顧問として、ナチスのドイツ物理学部門の代表となった。 1933年に出版した "Great Men in science, a History of scientific progress"(科学の偉人たち 科学発展の歴史)から、科学者たちについてのレーナルトの見方がうかがえる。なお、この本は エドワード・アンドレード の序文付きで英訳され、第二次世界大戦後も世界各地の大学で広く読まれた。レーナルトがアインシュタインやキュリーをその本に含めなかった点について、Andrade は「この作者のような個性の強い人は、個人的判断を強く主張する傾向がある」と注記している。1954年の英語版のページ xix には次のような出版社による注記がある。 文章: パッシェンの法則 パッシェンの法則(パッシェンのほうそく)は放電のおこる電圧(火花電圧)に関する実験則である。ドイツの物理学者、フリードリッヒ・パッシェン (Friedrich Paschen) が1889年に提出した。 平行な電極間で火花放電の生じる電圧V はガス圧と電極の間隔の積の関数であることを示した。 ここで p はガス圧 (Torr)、d は電極間の距離 (m) である。 文章: 量子電磁力学 朝永振一郎は、超多時間論や相互作用表示を基に、「くりこみ原理」の厳密な式を求めていく。第二次世界大戦を経てマイクロ波技術の進歩により水素原子のエネルギー準位の縮退からのずれ(ラムシフト) や電子の異常磁気モーメントをより精密に測定することが可能になると、これらの実験により既存の理論では説明することのできない現象の存在が明らかとなった。1947年、ハンス・ベーテは、質量と電荷に無限大の補正を加えることで、無限大がうまく相殺し最終的に有限の物理量が導出されることを示す論文を提出したが 、非相対論での簡易計算であった。朝永の超多時間論や、朝永表示(相互作用のない表示)は戦争のためアメリカには伝わっていず、また、ファインマンの経路積分がない当時、この問題の解決は困難であった。 文章: 直流送電 世界における最長距離のHVDC連系は現在、コンゴ民主共和国における、インガ・ダムからシャバ銅山を接続するインガ-シャバ間1,700 km / 600 MW連系である。 高電圧による送電は、電線の電気抵抗によるエネルギー損失を低減するために用いられる。一定量の電力輸送では、より高い電圧とすることにより送電電力損が抑制される。回路中の電力は電流に比例するが、電線の発熱のような電力損は電流の2乗に比例する。しかし、電力は電圧にも比例するので、特定の電力レベルにおいては、高電圧は低電流とトレードオフの関係でありうる。すなわち、電圧を上げれば上げるほど電力損は低減する。電力損は電気抵抗を少なくすることでも低減可能であり、通常導体直径を太くすることでそれは達成される。しかし太い導体は重く、より高価となってしまう。 高電圧は電灯や動力には簡単に利用できないので、送電レベルの電圧は需要家装置に適合するよう変換されなければならない。変圧器は交流でしか機能しないが、電圧変換を行うのには適している。直流方式のトーマス・エジソンと、交流方式のニコラ・テスラおよびジョージ・ウェスティングハウスとの競争は電流戦争として知られ、交流方式は明らかに勝利した。 文章: ビオ・サバールの法則 1820年4月、デンマークの物理学者ハンス・クリスティアン・エルステッドはコペンハーゲン大学での講義中、電気回路をいじっていた時近くにあった方位磁石が北ではない方角を指し示していることに気が付き、電流と磁場の関係について数か月の研究の末、電流の磁気作用を発表した。 これを受け、ジャン・バティスタ・ビオとフェリックス・サバールは共同で実験を行い、この法則を発表するに至った。さらにこの数ヵ月後にはフランソワ・アラゴーが電磁石の原理を、アンドレ・マリー・アンペールがアンペールの法則を発見している。これらの功績がエルステッドの発見から僅か一年以内のことであったのは驚くべきことである。 さらに3年後の1823年にスタージャンが実際に電磁石を作成し、24年にアラゴーは回転磁気を発見している。この1820年からの数年間は科学史上重要な期間である。 文章: ジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサック ジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサック(ゲーリュサックなどとも、Joseph Louis Gay-Lussac [zf lwi lysak]、1778年12月6日 - 1850年5月9日)は、フランスの化学者 、物理学者である。気体の体積と温度の関係を示すシャルルの法則の発見者の一人である。アルコールと水の混合についても研究し、アルコール度数のことを「ゲイ=リュサック度数」と呼ぶ国も多い。弟子に有機化学の確立に貢献したユストゥス・フォン・リービッヒがいる。なお、フランス語でのJoseph Louis Gay-Lussacの発音を日本語に音写すれば、「ジョゼフ・ルイ・ゲ=リュサック」が原音に最も近いといえるだろう。