中3重要 前回の理科静岡県入試問題 永久磁石の運動エネルギ-はどこに消えていってしまったのか
2025年2月21日 14:05
前回の理科問題は静岡県で繰り返し出題される。
このテ-マの最後に出る問いが「磁石の運動エネルギ―はどこに行ったか」だ。
問題には、摩擦熱はないと考えると注釈があるので、運動エネルギ-→熱エネルギ―への転換はない。
結論は「自由電子の運動エネルギ-=電気エネルギ-」である。
この因果関係には、電場と電荷という概念が登場する。
「永久磁石の接近に伴って増大した電場により、コイル金属内の自由電子が「力=電圧」を受けて一方向に一斉に動き出すことで誘導電流が発生する。つまり力を受けて動き出した自由電子が持つ運動エネルギ-に変換された。自由電子の持つ運動エネルギ―が電気エネルギ―だ。」がこの問いの解答だ。
電場とは、電荷と呼ばれるものの波であり、電荷とは具体的には電気を帯びた粒子だ。
正の電荷が陽子、負の電荷が電子、自由電子である。
電場は他の電荷、ここではコイル金属内自由電子に力を及ぼす道具として機能している。
磁石の運動エネルギ-→電気エネルギ-への転換という解答には、この途中経過の因果関係が省略されているので、中学生にはうまく理解できないのは当然である。
さらに電場はどのようにしてコイル内自由電子に力を加えるのかという疑問が生まれる。
接触や衝突か、と疑問は尽きないがこれは高校物理以降の学習にゆだねられる。