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 電流と電位差が比例するというオームの法則を最初に発見したのはヘンリー・キャヴェンディッシュで、1781年のことである。しかし、キャヴェンディッシュはその発見を存命中に公表せず、その発見が明らかとなったのは1879年のことである。オームは独自に同じことを再発見し、1827年の Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet(ガルバニ電流回路の数学的研究 )で公表したため、「オームの法則」と呼ばれるようになった。同書でオームは電気についての完全な理論を確立している。冒頭で同書を理解するのに必要な数学について解説している。この業績は後の電気回路学とその応用に重大な意味を持っているが、当時の学界の反応は冷ややかだった。興味深いことに、オームはこの理論を近接作用と考えており、遠隔作用ではないと考えていた。
文章: 分流の法則 分流の法則(ぶんりゅうのほうそく、英: Current divider rule)とは、あるインピーダンスや電気回路が他のインピーダンスと並列に接続されているときに、それを流れる電流を求める方法である。 2つ以上のインピーダンスが並列に接続されているとき、その回路に入ってくる電流は抵抗値に反比例する(オームの法則)。このとき、各インピーダンスを流れる電流は消費電力が最小となるように分かれる。よって、2つのインピーダンスが同じ値であれば、電流は半分ずつに分割される。 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: モルプランク定数 この式から、分銅の質量を求めるには、秤量モード時の電流値と校正モード時の電圧値とコイルの動く速さ、それと天秤が設置してある場所の重力加速度を測ればよいことが分かる。コイルの動く速さと重力加速度は、レーザー干渉計などを用いれば、十分な精度で測ることができる。秤量モード時の電流を測るにはオームの法則を使う。抵抗値が R の抵抗器を回路に入れてその抵抗にかかる電圧を V1 とすると、電流値は I1 = V1/R で与えられる。したがって I1V2 を正確に測るには、電圧と電気抵抗が正確に測れればよい。電圧は、ジョセフソン効果を利用した電圧標準と比較して測る。電気抵抗は、量子ホール効果を利用した電気抵抗標準と比較して測る。ジョセフソン素子にマイクロ波を照射すると、マイクロ波の周波数 f に比例する電圧 V が発生する。ここで n は整数、h はプランク定数、e は電気素量である。 文章: マックス・フォン・ラウエ また、ラウエは1910年から1911年にかけて、最初の相対性に関する本を執筆した。1912年、チューリッヒ大学の物理学の教授に就任。1913年、父が貴族となったため、ラウエ本人も「マックス・フォン・ラウエ」を名乗るようになった。1914年から1919年までフランクフルト大学で理論物理学の教授を務めた。1916年からヴュルツブルク大学で軍用の電話および無線通信のための真空管開発に関わるようになった。1919年、ベルリン大学の理論物理学の教授に就任し、名誉教授となる1943年まで教授職を務めた。1919年当時、ベルリン大学には他にヴァルター・ネルンスト、フリッツ・ハーバー、ジェイムス・フランクがいた。ラウエは毎週開催されていたベルリン物理学セミナーの主催者の1人として、ネルンストやアインシュタインと最前列に座っていることが多かった。 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: 特殊相対性理論 本節では、電磁気学の基本的な概念や方程式を特殊相対性理論に合致する形に書き換える。を1つ固定し、この慣性系において電磁気学を記述する。詳細は省くが、本節の記述は、他の慣性系で電磁気学を記述したものとローレンツ変換で移りあう事を確認できるので、特殊相対性理論に合致している。なお、本項では国際単位系を用いる場合に対して記述したが、Landau, Lifshitz (3rd ed.) (1971)などガウス単位系(英語版)を用いている書籍における定義とは光速度 c のかかる位置が違うなどの差があるので注意が必要である。電荷密度 ρ と電流密度 j = (jx, jy, jz) を使って、4元電流密度を、は、4元電流密度と4元勾配(英語版) (4gradient) (∂0, ∂1, ∂2, ∂3) を用いてと表現できる。ここで ∂ν は ∂ / ∂x の略記である。 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: イェレミアス・リヒター イェレミアス・リヒター(Jeremias Benjamin Richter,1762年3月10日 1807年4月14日)はドイツの化学者である。酸と塩基が中和される時、その酸と塩基の量の比が一定であることを見出した。ジョゼフ・プルーストが定比例の法則を主張する前に同様の法則を公表していた化学者の一人である。シレジア地方(現ポーランド領)のヒルシュベルクに生まれた。1774年にヴロツワフで鉱山局の役人になり、1800年にベルリンの鉱山局と王立製陶所の役人になり、ベルリンで死んだ。リヒターの業績は化学に定量的な手法を導入したことである。1772年に酸化マグネシウムを中和するのに必要な硫酸の量の比率が一定であることを示した。 文章: プランクの法則 プランクの法則(プランクのほうそく、英: Planck's law)は、黒体放射のスペクトルに関する法則であり、量子力学の基本法則のひとつである。プランクの公式とも呼ばれる。この公式から導かれるスペクトルと温度特性は、全波長領域において、熱放射の実験結果から予想される黒体放射のスペクトルと一致する。1900年、ドイツの物理学者マックス・プランクによって導かれた。プランクはこの法則の導出を考える中で、物体が光を吸収または放射する時、そのエネルギーは、エネルギー素量(現在ではエネルギー量子と呼ばれている)ε = hν の整数倍でなければならないと仮定した。この量子仮説(量子化)は、その後の量子力学の幕開けに大きな影響を与えた。より一般的な導入として、黒体の項目も参照 文章: ルイス=トルマンの非ニュートン力学 19世紀末頃において、マックスウェル方程式は当時観測可能な電磁気現象をほとんど説明したが、その理論の前提として電場と磁場はエーテルなる絶対空間に固定された媒質を介して伝わるものであるとされていた。つまりはマックスウェル方程式はエーテルに対して静止した座標系から観測される電磁気現象を記述する理論であった。素朴な疑問としてエーテルに対して運動している座標系から観測される電磁気現象の理論とマックスウェル方程式との関係が探られた。ヘルツ、フィッツジェラルド、ローレンツ、ポアンカレなどはいくつかの理論を提唱したが、運動する物体が実際に収縮する(ローレンツ)などの現実には受け入れがたい理論であった。それらとはほぼ独立にアルベルト・アインシュタインは1905年に発表した論文(「運動している物体の電気力学について」)において、特殊相対性原理と光速不変の原理というものを導入することで運動座標系における電磁気現象を簡潔に静止座標系におけるマックスウェル方程式に帰着させる理論を提唱した。その理論が特殊相対性理論である。特殊相対性理論から他の慣性座標系よりも優位に立つ絶対座標系の存在(静止エーテルの存在)は電磁気学を考える限り不必要であるとアインシュタインは主張し、その理論的帰結として磁場は電場の相対論効果である、つまり電気力の場と磁気力の場の区別は相対的なものであること(電場の理論と磁場の理論の統一)が示唆された。 この特殊相対性理論は、それまでの電磁気学の非対称性を解消するために提案された電磁気学の理論だったが、1907年にヘルマン・ミンコフスキーは(特殊)相対性原理は電磁気だけに限定されないと主張し、相対性の要請を踏まえた力学の書き換え(相対論的力学の定式化)を問題にした。相対論的力学の試みはそれまでもアインシュタイン、マックス・プランクによっていくつか提案されていたが、相対性原理は電磁気学に限定されないと主張していた当のミンコフスキーの試みも含めて、それら相対論的力学の試みはあくまで電磁気学に基づいたものであった。そのため、電磁気学に依存しない相対論的力学の定式化が、ミンコフスキーの方針に従えば、求められた。 アインシュタインは上記の電磁場の相対性に関する理論の発表後、同年それを発展させ、"Ist die Trgheit eines Krpers von seinem Energieinhalt"(「物体の慣性はそのエネルギーに依存するか?」)において、エネルギーの差と質量の差の間に成り立つ関係式 文章: アレクサンドル・ストレトフ 1872年の博士論文『The study of magnetization function of soft iron』(直訳:軟鉄の磁化関数の研究)では、磁場を強くしていくと透磁率は最初は上昇していくものの、最大値に達した後は低下していくことを示した。 1874年から1880年にかけて、ストレトフは当時まだ一般的に受け入れられてはいなかったマクスウェルの方程式の検証実験を行った。彼が算出した比例定数はジェームズ・クラーク・マクスウェルの主張どおり光速に近い数値3×10 km/秒になったものの、当時のモスクワ大学には十分な研究設備がなかったため実験の精度が低く、ストレトフはこれ以上検証できなかった。 1887年、ドイツの物理学者ハインリヒ・ヘルツは紫外線を照射することで電極間で放電が発生しやすくなる現象、現在でいう光電効果を発見した。ストレトフはこの現象を研究し、1888年2月には最初の成果を報告した。彼は光電効果の法則として、飽和光電流が陰極に照射した光の強度(光束)に正比例すること、光の波長を長くすると陰極から放出された光電子の最大速度が低下すること、限界波長に達すると光電効果が発生しなくなることを発見した。また、容器内の圧力の影響も検証し、光電流が最大となるときの容器内の圧力は電圧に比例し電極(グリッドとプレート)間の距離に反比例することを発見した。彼はまた1888年に光電効果の原理を利用した太陽電池を最初に作成した。 文章: ジュールの法則 ジュールの法則(ジュールのほうそく、英: Joule's laws)は、電流によって生み出される熱についての法則。または理想気体の圧力、体積、温度についてのエネルギー依存の法則である。ジュールの第一法則は導体を流れる電流と、電流によって生み出される熱の関係を示した物理法則である。ジュール効果ともよばれる。1840年代に電流と発熱の関係を研究したジェームズ・プレスコット・ジュールから名づけられた。公式はQ = I 2 R t {\displaystyle Q=I^{2}\cdot R\cdot t}である。ここで Q {\displaystyle Q} は生み出される熱量、 I {\displaystyle I} は抵抗を流れる一定の電流、 R {\displaystyle R} は電気抵抗、 t {\displaystyle t} は電流が流れる時間である。 文章: 長さの収縮 磁力は、電子が原子核に対して相対的に運動しているときの相対論的収縮により生じる。通電線の横を運動する電荷にかかる磁力は、電子と陽子の相対論的運動の結果である。1820年、アンドレ=マリ・アンペールは同じ方向の電流が流れる平行電線が互いに引き合うことを示した。電子にとっては、電線がわずかに収縮し反対側の電線の陽子が局所的に「密になる」。反対側の電線の電子も同じように運動しているので、(同じくらい)収縮しない。この結果、電子と陽子の間に見かけ上の局所的な不均衡が生じる。一方の電線で運動している電子は、もう一方の電線の余剰な電子に引き寄せられる。逆も考えられる。静止した電子の基準系に対して、電子は運動し収縮しており、同じ不均衡が生じる。電子のドリフト速度は時速1メートルのオーダーと比較的遅いが、電子と陽子の間の力は非常に大きいため、非常に遅い速度でも相対論的収縮が大きな影響を与える。 文章: 物理学の歴史 同じ年の論文で、アインシュタインは電磁放射は、黒体放射を正確に記述するために1900年にマックス・プランクが仮定した定数に従って、離散量(量子)で伝達されることを主張した。デンマークの物理学者ニールス・ボーアは、1913年にこの同じ定数をラザフォードの原子模型の安定性と水素原子から放出される光の周波数を説明するために用いた。 文章: ジュールの法則 抵抗回路においてエネルギー保存の法則と電位を考慮すると、ジュールの第一法則とオームの法則は同等であり互いに他を導くことができる。このことはジェームズ・クラーク・マクスウェルによって1881年に、マスカールによって1883年に、オリヴァー・ヘヴィサイドによって1894年に説明された。ただしジュールの法則とオームの法則は独立に実験によって発見され、発見時にはエネルギー保存則と電位の研究は十分発達していなかった。 ジュールの第一法則では電気抵抗のある導体による熱の散逸の率は、電流の二乗と電気抵抗に比例する。ただし、抵抗中での電力の散逸は電流と抵抗の項で表すことができ P = I 2 R {\displaystyle P=I^{2}\cdot R\ }