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Pixivのたろ~さんからレールガンとリニアモーターカーの違いがわからないと質問されたので、それについて一つコラムを書いて見ました。
このページではレールガンとモーターカーの違い、電子のスピン理論を使った新しいSFガジェットの紹介をします。





  • 体でわかるレールガン原理(実際にやってみるとよくわかる、物理Ⅱの知識のある人には間違ってはいないがジョークとして楽しめるし、まだの人はこれを頭の片隅にきちんと学ぼう)
1
割り箸を一つ割り、机の上に平行に並べこれをレールガンの上下の柱に見立てる。
右の割り箸を右巻き、左の割り箸を左巻きにまわしてみよう。
これが割り箸に電流が流れたときに発生する電場となる。
割り箸から超級覇王電影弾2体を想像しよう。
電流の向きが電影弾の向きで、電影弾の起こす竜巻が電場とする。
割り箸の隙間は砲身となるが、この中では電場の向きがそろっている。



2
割り箸の間に消しゴムをおく。
これを弾に見立てる。
とりあえず電場の向きを確認するために割り箸を回すと、消しゴム近辺では上向きの磁場だけになっていることがわかるはず。
右の割り箸→消しゴム→左の割り箸。
と電気を流したと考えよう。

1で確認した内容より右回り磁場と左回り電場が生じ、きちんと電場が整っている。
この状態で割り箸から生じる上向き電場の中で、消しゴムに右から左に電気が流れる。
こうすると上向き磁場のなか、消しゴムに右から左に電流が流れる状態となっている。
電子が消しゴムの中を通るとききちんと磁場からエネルギーを得磁場をこいでいくので、教科書どおりにローレンツ力が生じ消しゴムが加速していく。
これが原理。



  • リニアモーターカー
Wikiのリニアモーターの原理よりすばらしい解説を私は知らないのでそれを参照してください、大事なのは磁力と電力の違いです。

















第2回
  • レールガン。
レールガンってガンダムのビームライフルの元ネタですね、これ。
レールガンの最も端的な解説はこれです。
  • 磁界中を運動する導体に電流を流すとローレンツ力が働く


レールガン、これの亜種にコイルガンがあります、ソレノイドで加速する子供でもわかりやすいギミックです。
お、この前毎日の一面に面白そうな記事がでてました。
電子の運動エネルギーを増加させずに電子のスピンだけを増加させる技術があるそうです。
これコイルガンに使えるかもしれませんよ。



  • Sinaさん謹製怪しい電気の基礎理論 銅線編
電子にはスピンの向きがあって、このスピンがそろうとモータなーなどで物を押す力の基礎になる。
金属内が電位差0では電子は銅線の中をばらばらに走りまくっていて、それはもう広場の幼稚園児並に、だから電子がおのおの力を発生させても向きがばらばらで役に立たず打ち消しあう。

電位差を作るとこの幼稚園児達、特定の向きに向かうようになる。
銅線内という歩道を歩き出すようになり(電位差が小さいとまだばらばら度が高いけど一応そろい始める)、電子のスピンの向きも自動でそろいスピンがマクロレベルで役立つようになる。
(金属内の電流が意外と遅いのもこれに起因する、園児は早く走り回るが園児全体はしょっちゅうでたらめな方向に走ってしまうので全体の平均速度がやたらと遅くなる、電気の速度と出力の関係を解説するには積分を学ぶ必要がある)


このままどんどん電位差を上げ電子の速度をあげると園児の向きもどんどんそろって、スピンもそろい、元気になってスピンの回転数も上がる。
役に立つようになるんだけど問題もある。
銅線という狭いところを無理やり進ませると、金属原子という狭いところでしょっちゅう幼稚園児達が渋滞を起こしたり、金属原子と干渉を起こして熱を作ってしまう。
幼稚園児たち無駄にエネルギーを減らして疲れてしまう。
(これが冷却した超伝導兵器と普通の電気による兵器の違いをうむ、冷却状態では渋滞が起こらず園児は疲れずきちんと向きがそろい金属原子にはじかれない、ちなみに園児は横断歩道(物体間の隙間)がとっても苦手だがこれも低温では得意になる、電気を流したときの効率が段違いなのである)



ところが新しい手法では電子の速度を上げなくてもスピンの回転数だけ上げることができるそうです。
つまり園児に回転ダンスをさせるわけですね。
回転ダンスを完全に同調させれば効率がどんどん上がります。
加速しないので渋滞も発熱がなくエネルギーロスが減ります、極低温も必要ありません。(園児は疲れません、いままで加速なしでスピンを園児にやらすのは不可能だと思われていました)。
非常に効率的になる可能性があります。
この手法を勉強すれば、発熱のすくないコイルガンやモーター、超微細構造のナノテク応用といったSFへの応用が見えてくるようです。(あくまでSF的にです)






  • アニメ風妄想
電子とは超級覇王電影弾をしているシュバルツの群れ。
普段は金属原子の中で竜巻を起こしながら進んでいる。
こいつらは普段、向きがばらばら。
こいつらに電流が流れると、向きがそろい、回転数が上がる。
そろった大回転魔弾同士は大きな竜巻を生み出し、外部に電場を生み出す(本当は輪です)。









  • コラム製作者
名前 堀江伸一