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電気の世界は小宇宙の物理現象-1

電気が目に見えない理由。その理由のひとつが、原子や分子、素粒子レベルで起きる現象だからである。
 このような世界を扱う物理学のひとつの分野に「量子力学」がある。

 事実、現在の電気機器には殆どのものに半導体が使われており、その半導体が起こす不思議な自然現象を巧みに利用したトランジスタや集積回路(IC,LSI)は、「量子力学」の助けなしには、現象そのものが説明できず、現在広く使われている発光ダイオード(LED)は勿論、トランジスタすら作ることができない。
 しかしながら、私達が電気を扱う上では、量子力学の知識は殆ど必要ない。むしろ、下手をすれば量子力学の知識が却って邪魔になる。量子力学で裏づけされた内容は、この後の項や章で沢山出てくるが、「物理的な自然現象でそうなるんだ」という感覚で理解を進めていただければ良い。
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 上の左の図は、太陽系の一部(大きいので、土星・天王星・海王星は割愛)、その右の図は、半導体の材料として一般的な珪素の原子構成である。太陽系には、8つの惑星があり、全て太陽を中心として反時計廻り(左廻り)で回転している。
図中では多少誇張してあるが、惑星の回転軸は完全な同心円ではなく、尚且つ少し楕円軌道になっている。
 ちなみに太陽自身も銀河系を反時計回りに約2億年かけて1周しているのだそうだ。

 珪素は、地球自身の組成成分の20%を有する比較的どこにでも存在する元素である。珪素は欧米では「シリコン」と言われる。むしろ「シリコン」の方が名称としては知られていると思う。ちなみにシリコンは半導体である。
 そのため、電気の話しを進める上では欠かせない存在である。

 太陽系と原子構成は、見た目が似ているので、このように良く対比される。
 この回転方向は電気の話しをする上ではさして重要ではないが、実際のところ、どう回転しているのかは現在の科学でも判明していない事柄のひとつである。ただ、原子核を中心とする同心円上にこのような配置で電子が回転しているらしいということが判明している。
 シリコンの場合は、14個の電子と呼ばれる粒子が原子核の周囲を回転している。
 この14個の電子であるが、同心円上に3つの軌道を以って原子核の周囲を回転していることが知られている。
 さらに面白いことに、同心円上に入る電子の最大数は決まっている。
 最内周(原子核に一番近い軌道)は2個、その次の外周は8個、さらにその次の外周も8個、さらにその次の外周は18個、さらにその次の外周も18個、さらにその次の外周は32個、のようになっている。
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