フリーエネルギーと磁石

 

フリーエネルギーと磁石-1

 

磁石の発見から磁力、磁界、電磁力、磁気、電気、発電、に繋がる技術の発展と歴史の中に次なるフリーエネルギー開発のヒントがある。

 

 

磁石

 

ファイル:Magnet0873.png

 

磁石(英語: magnet、マグネット)とは、二つの極(磁極)を持ち、双極性の磁場を発生させる源となる物体のこと。鉄などの強磁性体を引き寄せる性質を持つ。磁石同士を近づけると、異なる極は引き合い、同じ極は反発しあう。

 

磁極

 

磁石には、N極とS極の二つの磁極(英: magnetic pole)がある。これらの磁極は単独で存在することはなく、必ず両極が一緒になって磁石を構成する。永久磁石を半分に切っても、S極だけ、あるいはN極だけの磁石にはならず、S極とN極の双方を持つ二つの小さな磁石ができる。磁界の元となるのは電荷の運動であり、片方の磁極のみが生まれるように電荷を運動させることは不可能である。ただし、一つの磁石に、磁極は一組とは限らない。磁極が多数ある磁石を多極磁石と呼び、円形のものはモーターなどに利用されている。また、環形で、内側と外側で磁極が分かれているものがあり、これをラジアル異方性磁石と呼ぶ。

 

磁気単極子

 

しかしながら、電気と磁気の関係をひっくり返して、単独で存在する磁極が運動することによって、電場が生じるという現象を想像することはできる。このような空想上の単独の磁極のことを磁気単極子(モノポール)という。ただし、現実に存在する可能性も示唆されており、現在でも研究が進められている。

 

地球

 

地球そのものも、北極地方にS極、南極地方にN極を持っており、磁石と近似である。地球が発生させる磁場、すなわち地磁気に応答して、地球上にある磁石には一方の極を北へ、他方の極を南へ引き寄せる。この性質を利用したものが方位磁針である。磁極の呼称は方位磁針に由来して、北 (north) に引き寄せられる極がN極 (north pole)、南 (south) に引き寄せられる極がS極 (south pole) と呼ばれる(ゆえに、磁性体としての地球のN極・S極は、地理上の北・南とは逆である)。

 

原理

 

ファイル:Bar magnet.jpg

棒磁石

 

電気と磁気の力はお互いに不可分である。これらの関係は、電磁気学の基本方程式であるマクスウェルの方程式で与えられる。この方程式によると、電気を帯びた物体(電荷)を運動させると、磁気の場(磁場)が生じ、磁石としての性質を帯びることとなる。磁石の性質を持つ物質である永久磁石も、電流を流すと磁石になる電磁石も、これによって磁石としての特性が発現する。

 

永久磁石

 

外部から磁場や電流の供給を受けることなく、磁石としての性質を比較的長期にわたって保持し続ける物体のことである。強磁性ないしはフェリ磁性を示す物体であって、ヒステリシスが大きく、常温での減磁が少ないものを、磁化して用いる。永久磁石材料に関するJIS規格としてJIS C2502、その試験法に関する規格としてJIS C2501が存在する。アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石などが永久磁石である。

 

電磁石

 

通常、磁性材料の芯のまわりに、コイルを巻き、通電することによって一時的に磁力を発生させる磁石である。機械要素として用いられる。電流を止めると磁力は失われる。

 

超伝導と磁石

 

超伝導体には、磁場を退けるマイスナー効果という性質がある。超伝導体に磁石を近づけると、超伝導体は磁場を退けるので、まるで同極同士の磁石を近づけたように反発しているように見える。これによって磁石の上に超伝導体を浮上させることができる。また、ピン止め効果によって磁石の上に安定して留まる。

 

医療に用いるMRI(磁気共鳴画像法)用磁石の大部分や磁気浮上式鉄道では、強力な磁界が必要となるが、これを実現できるような永久磁石は容易には存在しない。また、電磁石で実現するためには、コイルに大電流を流す必要がある。しかし、銅などの低抵抗の配線材料を用いても、この電流による発熱に耐えることはできない。この問題を解決するのが、コイルに超伝導体を用いた超伝導電磁石である。超伝導材料は電気抵抗がゼロであるため、大電流を流しても発熱しないのである。超伝導コイルには、磁場に強い第二種超伝導体を用いる必要がある。

 

磁石の歴史

 

古代ギリシアでは、鉄を引き寄せる石として磁石はすでに知られていた。プラトンは、その著書『イオン』にて「マグネシアの石」として磁石のことを言及している。ローマ帝国の博物学者大プリニウスは、著書『博物誌』にて、マグネスという羊飼いが磁石を偶然発見したと述べている。この「マグネシアの石」ないし「羊飼いマグネス」が、ヨーロッパの様々な言語で磁石を指す言葉である magnet の語源になったと考えられる。また『博物誌』には、ダイヤモンドが磁石の力を妨げるという奇妙な説も記述されている。

 

磁石に対し、近代的な科学の光をあてたのは、エリザベス1世の侍医であったウイリアム・ギルバートである。その著書『磁石及び磁性体ならびに大磁石としての地球の生理学』(De Magnete, Magneticisque Corporibvs,et De Magno Magnete Tellure) においてギルバートは、磁石に関する俗説や既知の現象について詳細に検証している。例えば、羅針盤の指北性を論じるにあたり、球形の磁石を作製し、これに対する磁針の振舞いを観察している。この結果、地球そのものが磁石であると結論付けている。また、琥珀などが軽い羽毛などを引きつける静電引力は、磁力とは異なる現象であるとも論じている。ギルバートの実験と論証による方法論は、その後の科学に多大な影響を与えた。

 

1825年 - ウィリアム・スタージャンによって電磁石が発明された。

1917年 - 本多光太郎らによってKS鋼が発明された。

1931年 - 三島徳七によってMK鋼が開発された。

1933年 - アルニコ磁石が発明された。

1934年 - 新KS鋼が開発された。

1937年 - 東京工業大学の加藤与五郎、武井武によって

             フェライト磁石が発明された。

1970年代前半 - サマリウムコバルト磁石が発明された。

1971年 - 東北大学の金子によって鉄-クロム-コバルト磁石が

             開発された。

1970年代 - 松下電器産業(現・パナソニック)によって

                マンガンアルミ磁石が開発された。

1982年 - 住友特殊金属(現・日立金属NEOMAX)の

             佐川眞人によってネオジム磁石が発明された。

2004年 - イギリスのダラム大学の研究者によってプラスチック磁石が

             発明された。

 

磁石の種類

 

天然に産出する磁石として磁鉄鉱(四酸化三鉄、Fe3O4、マグネタイト)が挙げられる。古代からよく知られている磁石、磁鉄鉱(ないし砂鉄)として産出されていたのはこの四酸化三鉄である。現在でも、砂浜で永久磁石を砂中にいれれば、十分に視認することができる。羅針盤の指針を磁化することなどに用いられてきたが、非常に微弱な磁石である。ちなみに磁気を帯びた岩石として知られる須佐高山の磁石石も、その磁気は斑れい岩中の磁鉄鉱によるものである。20世紀に入ると、天然の磁鉄鉱に替わり実用に十分な強度を有する磁石が人工的に作られるようになってきた。

 

白金磁石

プラスチック磁石

鉄-クロム-コバルト磁石

プラセオジム磁石

マンガンアルミ磁石

ボンド磁石

分子磁石

希土類磁石

 

磁石の用途

 

工業

 

日常の電化製品でよく見かける磁石の用途として、モーターやスピーカーが挙げられる。これらは永久磁石と電磁石を用いて、電気エネルギーを回転や空気の振動といった力学的エネルギーに変換している。

 

カセットテープ、ビデオテープ、ハードディスクといった記録メディアは、磁化された向きによって情報を記録している。情報の読み出しには、電磁誘導や巨大磁気抵抗効果 (GMR)、ごく最近になってトンネル磁気抵抗効果 (TMR) が利用されている。

 

電子顕微鏡の電子レンズや粒子加速器などでは、磁石は電子などの荷電粒子を狙った方向に曲げるために用いられている。また、トカマク型などの核融合では、高温のプラズマを封じ込めるためにも用いられている。

 

磁石は、リニアモーターカーの磁気浮上や、リードスイッチやMRセンサーなどの非接触センサーと共に用い、近接感知、位置決め等の用途にも利用されている。

 

医療

 

核磁気共鳴画像法といった医療用途に利用されている。

5cmくらいの棒状のアルニコ磁石は、牛に飲み込ませて第3胃内の針金など鉄片を束状に吸着させ、創傷性心膜炎を予防するために使われる。

 

爆発や破裂(主に戦争)などで鉄の小片が体内や顔面に食い込んだ場合、切開する手間より、強力な磁力を用いて取り除き、応急処置を行う。

 

磁石の磁気を用いて血流を促進させ、健康回復を促進すると謳う代替医療の商品(装身具)が多々存在するが、血中のヘモグロビンに含まれる鉄分は、磁気に反応しない性質を持つ。

 

磁石を用いた入れ歯なども開発されている。

 

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』

 

 

 
回転運動から磁気の流れを生みだす手法を発見

-ナノスケールのモーター・発電機の開発に道-

 

http://www.jaea.go.jp/02/press2010/p11021501/index.html

 

平成23年2月15日

独立行政法人日本原子力研究開発機構

 

 

【発表のポイント】

 

•物体の回転運動から磁気の流れが生じることを発見

•一般相対性理論を取り入れた電子の量子力学的基礎方程式を構築

•従来とは異なる、量子力学の原理に基づくナノスケールのモーターや発電機の開発に期待

 

独立行政法人日本原子力研究開発機構(理事長:鈴木篤之)先端基礎研究センターの前川禎通センター長、国立大学法人東北大学(総長:井上明久)の齊藤英治教授(原子力機構先端基礎研究センター客員グループリーダー兼任)、国立大学法人京都大学(総長:松本紘)基礎物理学研究所の松尾衛博士(原子力機構先端基礎研究センター協力研究員)らは、物体の回転運動によって磁気の流れを生みだす手法を発見しました。

 

およそ100年前にアインシュタインは「一般相対性理論注1)」を見出し、さまざまな天体現象を予言しました。人工衛星を用いたGPSによる位置計測には、加速運動注2)を精密に扱う一般相対性理論が利用されています。また同時期に、アインシュタインはドハースとともに実験を行い、物体が磁気を帯びることで回転する「アインシュタイン・ドハース効果注3)」を発見しました。この2つの発見は、量子力学注4)の成立以前になされたため、ミクロな世界への応用までは至りませんでした。

 

地球やコマの自転のように、電子は「自転」をしています。量子力学によって、この電子の自転が磁気の起源であることがわかりました。近年、ナノテクノロジーのめざましい発展によって、ミクロの世界の電子の自転の向きを揃えて磁気の流れを生みだす技術が注目されています。

 

今回、原子力機構らの研究グループは、一般相対性理論を取り入れた電子の磁気の流れを記述する基礎方程式を導き、物体の回転(加速運動)によって電子の自転の向きを揃えて磁気の流れを生みだす新しい現象を発見しました。これは一般相対性理論とアインシュタイン・ドハース効果とを融合させ、ナノテクノロジーに結びつける研究成果です。

 

本研究によって、従来とは全く異なる、量子力学的原理に基づいた、ナノスケールのモーターや発電機の開発への道が開かれ、次世代ナノデバイス開発への貢献が期待できます。

 

本研究成果は、米国物理学会誌「Physical Review Letters(フィジカル・レビュー・レターズ)」の注目論文として、オンライン版に2月17日に掲載される予定です。

 

【背景と経緯】

 

磁気を帯びていない鉄棒を高速回転させると、回転軸に沿って磁気を帯びます。この現象はバーネット効果と呼ばれ、1915年にアメリカの物理学者のサミュエル・バーネットによって発見されました。逆に、静止した鉄棒に外部から磁場を与えると、鉄棒は回転します。この現象はアインシュタイン・ドハース効果と呼ばれ、ドイツの物理学者のアルバート・アインシュタインとオランダの物理学者のヴァンデル・ドハースが、バーネット効果の発見と同時期に見出しました。また、相対性理論など純粋理論研究で有名なアインシュタインが行った生涯唯一の実験として知られています。バーネット効果やアインシュタイン・ドハース効果は、磁気と回転運動とが密接に結びついていることを示しています(図1)。

 

アインシュタイン・ドハース効果の発見された1915年は、アインシュタインが一般相対性理論を発見した年でもあります。一般相対性理論の発見によって、重力の影響や回転する天体の運動を精密に予測することが可能となり、その結果、様々な新しい天体現象が予言されただけでなく、人工衛星を用いたグローバルポジショニングシステム(GPS)による精密な位置計測も実現しました。

 

電子は「電気」と「磁気」の2つの性質を持ちますが、「磁気」の起源は電子の自転運動であることがわかっています。ナノテクノロジーのめざましい発展によって、電気の流れだけでなく、ミクロの世界の電子の自転の向きを制御することによって、磁気の流れを取り出すことが可能になりました。これまで、電子の磁気の流れと磁石の性質との密接な関係が調べられており、磁気抵抗メモリ(MRAM)をはじめとする様々なナノデバイスへの応用が世界中で推し進められています。

 

およそ100年前にバーネット効果やアインシュタイン・ドハース効果によって、物体の回転運動と磁気の密接な結びつきが知られていたにもかかわらず、この100年もの間、物体の回転運動とミクロの世界の電子の自転運動との結びつきは利用されてきませんでした。

 

従来の電子の性質は、静止した物体中で成り立つ量子力学を用いて解析されてきました。回転する物体中の電子の性質を精密に調べるためには、一般相対性理論を取り込んだ量子力学の基礎理論が必要です。

 

今回、私たちは、回転する物体中の電子の流れを精密に予測する基礎方程式を導き、物体の回転運動を用いてミクロの世界の電子の自転方向を一斉に揃え、磁気の流れを取り出すことができることを初めて示しました。この結果は、回転運動を用いた磁気の流れを生み出す手法であり、次世代ナノエレクトロニクスに不可欠である、ナノスケールでの物体運動を電子の自転運動によって制御する技術への道を開くと期待されます。

 

【研究の内容】

 

今回の研究では、回転運動する物体中で電子の電気と磁気の流れを明らかにする基礎理論を導きました。電子はスピン注5)という角運動量注6)をもっています。このスピンを取り出して、量子力学的な原理で作動するモーターや発電機を作ることが私たちの究極目標です。そのためには、「物体の回転運動」という従来の量子力学では含まれていなかった効果を記述できる理論が必要です。回転運動する物体を精密に取り扱うためには、一般相対性理論が必要です。これまで、固体中の電子の性質を調べる際に、固体の回転運動の一般相対性理論による効果は、無視されてきました。本研究では、固体の回転運動による一般相対性理論を組み込んだ量子力学的基礎方程式を導出し、固体の回転運動から電子スピンの流れを取り出す新現象を発見しました。

 

本研究の一部は、独立行政法人科学技術振興機構の戦略的創造研究推進事業等の一環として実施されました。

 

【原理の説明】

 

近年のナノテクノロジーの発展には、電子の電気の流れと磁気の流れとを相互変換する「スピンホール効果」注7)と呼ばれる、固体中の電子の現象が不可欠です。これまでは、静止している固体中の電子に関するスピンホール効果のみが考えられてきました。

 

今回、回転運動する固体中の電子の一般相対性理論による効果を計算し、スピンホール効果に物体の回転運動の影響を含めることに成功しました。

 

回転運動は、加速運動の一種であり、加速運動する物体中の物理法則は、一般相対性理論によって記述されます。一方で、電子の電気や磁気の流れといったナノスケールの物理現象は、量子力学を使って記述されます。そこで、回転する物体中の電気や磁気の流れを取り扱うためには、一般相対性理論を取り入れた量子力学に基づく理論構築が必要となります。今回、一般相対性理論を取り入れた量子力学理論から、新しいスピンホール効果を導き、回転する物体に磁場をかけることによって、ミクロの世界の電子の自転運動が制御された結果、磁気の流れが生み出される新現象を発見しました。

 

【今後の展開】

 

近年ナノテクノロジーの進展には目を見張るものがあります。ナノテクノロジーの究極目標は、物質を原子レベルの大きさで制御しデバイスとして利用することです。

 

本研究で導かれた、一般相対性理論を組み込んだ量子力学的基礎方程式によって、回転運動する物体と電子の磁気の流れの関係が明らかになりました。これによって、物体の回転運動を制御し、電子の磁気の流れを取り出して利用する、量子力学的な原理で作動する発電機を作ったり、逆に電子のミクロの自転運動を用いて微小物体の回転運動を駆動する、ナノスケールのモーターを開発したりする道が開かれました。

 

本研究によって、従来の発電機やモーターとは全く異なる、量子力学の原理によって作動するナノデバイス開発が可能となり、次世代ナノテクノロジー発展への貢献が期待できます。

 

図1 磁石・回転運動・磁気の流れに関する相関図。およそ100年前に磁石と回転運動のつながりが発見された。一方、近年のナノテクノロジーの発展によって、磁石とミクロの世界の電子の磁気の流れの関係を積極利用する技術が確立されてきた。本研究では、物体の回転運動から磁気の流れを直接取り出すための基礎理論を見出した。

 

【用語解説】

 

注1)一般相対性理論

互いに加速運動(次項参照)する観測系の物理現象を統一的に記述する理論。アインシュタインは、重力の影響が加速運動の効果と等価であることに気づき、1905年に自身が発見した特殊相対性理論を、重力を含む理論へと拡張しました。一般相対性理論によって、従来のニュートン力学では謎とされていた水星の近日点移動が解明され、新たに重力レンズ効果、重力波、ブラックホールといった天体現象が予言されました。現在では、GPSによる位置計測のためも利用されています。物体の回転運動は、加速運動の一種なので、回転運動を精密に扱うためには一般相対性理論が必要になります。

 

注2)加速運動

速さや方向の変化を伴う運動。車の加速・減速のような直線的な速さの変化だけでなく、カーブを曲がるときのような方向の変化を伴う運動も加速運動に含まれます。物体の回転も加速運動の一種です。

 

注3)アインシュタイン・ドハース効果

磁場をかけて磁気を帯びさせた物体が回転運動をする現象。物体の磁性と回転運動の密接な関係を量子力学成立以前の1915年に発見しました。

 

注4)量子力学

1926年に成立した、ミクロの世界を記述するための基礎理論。エレクトロニクスやナノテクノロジーは、すべて量子力学を基盤として発展してきました。

 

注5)スピン

電子が持つ自転のような性質であり、磁気の起源であることが知られています。スピンには上向きと下向きという2つの状態があります。

 

注6)角運動量

回転する強さを表す量。回転運動する物体は角運動量を持ち、物体の間で角運動量を受け渡すことが可能です。電子のスピンも角運動量を持ち、電子スピンの角運動量と磁石の持つ角運動量とを互いにやりとりすることによって、磁気記憶媒体の情報を読み書きすることも可能になります。

 

注7)スピンホール効果

電子の持つ電気の流れ(電流)が磁気の流れ(スピン流)に変換される現象。電子のスピンが物質中を流れると、流れを横向きに曲げる力が働く現象が以前から知られている。このとき、上向き状態のスピンと下向き状態のスピンでは逆向きの力を受ける。スピン流では上向き状態のスピンと下向き状態のスピンが逆向きに流れているため、両者とも同じ方向に曲げられる結果となり、スピン流の流れと垂直な方向に電流が発生します。

 

【論文名・著者名】

 

“Effects of mechanical rotation on spin currents”(スピン流に対する力学的回転の効果)

Mamoru Matsuo, Jun’ichi Ieda, Eiji Saitoh, and Sadamichi Maekawa

 

 

2013年09月19日

 

フリーエネルギーと磁石-2

 

 

電磁力の基礎知識

 

http://www.mabuchi-motor.co.jp/ja_JP/technic/t_0101.html

 

  電磁力とは

 

図1

 

図1:基本原理

 

永久磁石では磁束は常にN極からS極に向かっています。この永久磁石で生じた磁界(磁束の集まり)の中に導体(熱・電気を伝えやすい物体)をおき、電流を流すと力が発生します。この磁界と電流の相互作用で発生した力のことを「電磁力」と言います。

 

 
図2

 

図2:フレミングの左手の法則

 

この時の電流・磁束・力の方向は「フレミングの左手の法則」によります。 左手の親指・人差し指・中指をそれぞれ直角になるよう開いたとき、親指が力の方向、人差し指が磁束の方向、中指が電流の方向を表します。

では、磁界と電流はどのように作用しているのか具体的に見ていきましょう。

 

電流による磁界の発生

 

図3

 

図3:右ネジの法則

 

図3のように奥から手前に向かって導体に電流を流すと電流を中心とした、反時計回りの同心円状の磁界が発生します。
この時の磁束の回転方向は、「右ネジの法則」で知ることができます。ネジの先端に向かって電流が流れていると考えたとき、右ネジを締めるためにドライバーをまわす方向です。

 

磁力線の干渉

 

図4

 

図4:磁力線の干渉

 

永久磁石の磁界と、電流によって発生した磁界は互いに影響を及ぼし合います。 磁力線の向きが同じところでは磁力は強まり、反対方向を向いているところでは相殺されて磁力が弱まります。

 

電磁力の発生

 

図5

 

図5:磁力線の張力

 

磁力の強いところと弱いところは、ちょうど強く張ったゴムひもとゆるんだゴムひものようなものです。 導体は、強く張った(磁力が強い)方から弱い方へ押し出されるような力を受けることになります。

 

回転力の発生

 

図6

 

図6:回転力の発生

 

電磁力は、次式で表わされます。


 

 

 

図6のように磁界中に導体を配置した時、導体に発生するトルク(回転力)は次のようになります。 1本の導体に発生する電磁力をFとし、中心から導体の距離をRとすると、次式で算出することができます。

 

導体1本当たりのトルク

図6のトルク(導体2本分)

 

 

モータの動作原理

 

http://www.mabuchi-motor.co.jp/ja_JP/technic/t_0102.html

 

 

 

フリーエネルギーと磁石-3

 

フリーエネルギー(永久発電機)の作り方

 

「ひとりごと、ぶつぶつ」さんのサイトより

http://satoru99.exblog.jp/20768413

 

<転載開始>
 
「フリーエネルギー発電機とは、入力より出力の大きい発電機で、最初にスタートするだけの入力をしてやれば、後は自分の出力したものから、、僅かのエネルギーを入力にまわして、止めない限りは永久に発電し続ける夢のようなエネルギー発生装置です。これまで多くの人が開発に成功したことは知られていますが、未だに実用化されていません。不思議な装置で、複雑な構造をしているように思えますが、実は簡単な原理なのかもしれません。

現在、日本の特許庁にフリーエネルギー関連の案件を持ち込んでもまったく、受け付けてくれないそうです。そりゃそうです。もしこんな発電機が発売され各家庭に配備されたら、これまでのエネルギー産業は全部潰れます。石油、石炭などの化石燃料もいらなくなるし、原発も要りません。電力会社も解散です。多くの業界が力を合わせて、政治的圧力をかけているのです。しかし時代は変化しています。いつまでもこんなことが続けられるわけがありません。人類共通の利益が隠蔽されているのです。

前置きはこのぐらいいして、私の考えた永久発電機の原理を述べます。発電機とモーターの構造はよく似ています。工作の時間に自作のモーターを作った人は多いでしょう。発電機は自転車についている発電機を分解すれば分かりますが、モーターと同じような構造です。中心軸に永久磁石をつけて、その回りにコイルを巻いた鉄片で囲んだ構造です。コイルに電流を流すと回転を始めるのがモーターで、回転軸を回してやればコイルに電流が発生するのが発電機です。どちらも永久磁石を使っています。

一度磁力を持たせたら、使っても磁力は減りません。ゆえに永久磁石というのですが、これは固体であるために、中心軸やら回転による摩擦の抵抗力が強くて、外部から回転力を与え続けないと止まってしまいます。入力に大きなエネルギーが必要です。この永久磁石に抵抗摩擦の少ない流動物質を使ったら、どうなるでしょう。例えば、ペットボトルに煙草の煙を閉じ込めておいて、ストローで僅かに息を吹き込めば、中の煙は渦を巻いて回転を始めます。息を吹くぐらいの小さな入力を続ければ、ペットボトルの中では煙は回転し循環を止めることはありません。

磁力は固体にしか持たせられないことはないと思います。液体や気体にだって磁力を持たせることは出来るかもしれないし、出来なければ粉末状の固体を液体や気体と混合してもいいのです。これをトーラス構造の容器に密閉して中を真空にして、回転渦巻きを発生させることで、回転する磁性体が出来ます。その回りをコイルを巻いた鉄片で丸く囲めば、コイルの両端から電気が発生するはずです。意図的に止めなければ、そのままずっと発電し続けるでしょう。簡単な原理ですから、工業用の大きなものから、家庭用の小型の発電機や、車に乗せれば、そのままチャージのいらない電気自動車になります。

これは私のアイデアですが、素人の私でさえこのぐらいのことを思いつくのですから、立派な研究所を持ち、学歴の高い専門家を集めて、日々新製品の開発を行っている電気製品メーカーでは、これぐらいのことはちゃんと知っていて、永久発電機の開発はとっくの昔に終わっているのではないかというのが、私のもう一つの考えです。もう出来ているのに、発表は出来ない。発表すれば爆発的に売れることは分かっていても、発売は出来ない。何故なら、他のエネルギー業界への影響と、大きな見えざる政治的圧力がっかっているためです。

人類共通の利益なのに、自分たちの業界のことしか考えていない連中や、政治家など構わずに、どこかの町工場で、作れたらいいなと思っています。特許で一儲けしようなどと思っているようでは進展しないでしょう。」
 
<転載終了>
 
 

 

2013年09月22日

 

フリーエネルギーと磁石-4

 

N極・S極だけをもつ磁石「磁気モノポール」の発見、高密度集積化の限界突破へ

 

「ギガジン」さんのサイトより

 

http://gigazine.net/news/20120227-magnetic-monopole/

 

<転載開始>

 

 



N極またはS極だけをもつ磁石(磁気モノポール)を普通の磁石と白金を組み合わせた簡単な構造で作ることができることを理論的に示した、というリリースが首都大学東京から出ています。これは大学院理工学研究科 多々良源准教授と竹内祥人研究員が行ったものです。



リリースによると、モノポールを磁石と白金の接合という簡単な構造で作ることができれば、情報機器中でN極だけをもつ磁石を作ることが可能になり、資源の埋蔵に問題のあるレアアース金属を利用せずに高密度デバイスを作成できる可能性がある、とのこと。また、モノポールを操作し、流れを作れば、磁場と電場を対等に操作することができるようになり、これまでの動作原理を超えた新しい情報伝達や情報記録が可能になると期待されるそうです。

磁石(上層)と白金(下層)の接合構造で発生する磁気モノポール流とモノポールがつくる電流




相対論的効果(スピン軌道相互作用)と磁石中の磁化の運動から生成される磁気モノポール(スピンダンピングモノポール)の概念図




一体これの何がすごいのかというのを理解するために、まずWikipediaの「磁気単極子」の以下の解説を読みましょう。

 

磁石にはN極、S極の二つの磁極が必ず存在し、この組み合わせを磁気双極子という。N極のみ、およびS極のみを持つ磁石、磁気単極子(モノポール)は現在まで観測されておらず、存在しないと考えられている。例えば両端がそれぞれN極とS極になっている棒磁石があったとして、これを真ん中で二つに折ったとしても、同じく両端がそれぞれN極とS極になっている棒磁石が二つできるだの事であり、N極とS極のみを単純に取り出す事はできない。電磁石を考えれば、この事は容易に理解できる。電磁石は電流を流したコイルであり、これを二つに分割しても、巻き数が半分になった電磁石が二つ生まれるだけである。永久磁石についても、それを構成する物質の原子が電磁石と同じ働きをしているものであり、原理としては同じである。マクスウェルの方程式により代表される古典電磁気学はこの前提のもとに構成されている。

 

つまり磁石をどんどん小さく切っていっても、N極とS極はわかれませんよ、というのが昔の考え方。ところが、「そうではないのではないか?」という理論が登場します。

 

その一方で、電気については、プラスとマイナスのふたつが存在し、これらは単独で取り出す事が可能である。これは電気の根元がプラスの陽子とマイナスの電子に由来しているからである。そして、古典電磁気学は電気と磁気の関係について対称であり、この関係を逆にする事が可能である。普通は、コイルを流れる電気によって磁力を発生する、言い換えれば円周上を周回する電子の運動によって磁界が生じる。これを、磁気単極子が円周上を周回する事によって電界が生じるというモデルに置き換える事ができるのである。つまり、マクスウエルの方程式は磁気単極子の存在を許すように容易に改変出来る。さらに1931年にディラックは量子力学でも磁気単極子を考えることが可能であり、しかもそれが可能になるための条件から磁荷の最小単位が定まることを示して磁気単極子が一躍注目をあびた。

 

これについては、リリースの以下の文章がさらにわかりやすいです。

 

電子のように電気の源となる電荷を持ち自由に動き回る粒子が存在するのだから、磁気の源である磁荷を持った粒子も同じように存在するはず、と考える事は至極当たり前である。

 

これには根本的な問題があり、なんと「重力以外の自然界に存在する根源的な力を統一させる大統一理論では、磁気モノポールの生成には宇宙誕生初期に相当する巨大なエネルギーが必要である事が示されており、当然ながら現在地球上でそれを生み出す術はない」とのこと。しかし、今回の発見は「磁石中では重い元素が持っている相対論的な効果を用いる事で、実験室で磁気モノポールを生成する事が可能となる事を明らかにしたもので、物質中の自然法則を大きく発展させた」ものとなっています。

 

で、具体的に何が可能になるかというと、以下のような感じです。

 

つまり、電磁気学の完成した19 世紀以来初めて我々は電気と磁気とを対等に扱う事が可能になるのである。磁気モノポールを活用したこの技術は、既存の方法では近い将来限界をむかえるデバイスの高密度集積化や省エネルギー化、新たな情報通信技術の開発等に関する活路を切り開く可能性を秘めている。

 

なお、この成果は日本物理学会が発行する英文誌Journal of the Physical Society of Japan (JPSJ)の 2012年3月号に注目論文(Editors' Choice)として掲載される予定、とのことです。

 
<転載終了>
 

 

2014年02月11日

 

フリーエネルギーと磁石-5

 

-磁石は文明のバロメータ-

 

http://www.tdk.co.jp/techmag/ninja/daa01120.htm

 

持続可能な地球社会における磁石の役割

 

 産業革命以来、動力機械の使用により、人類のエネルギー消費量が急速に増大しました。このためエネルギーの消費量は、近代文明のバロメータ(指標)ともみなされてきました。しかし、石炭・石油といった化石燃料を湯水のように使う大量生産・大量消費の社会は、エネルギー危機とともに深刻な環境汚染をもたらしたため、20世紀の最後の四半世紀頃から省エネ・省資源・環境保全が先進国の間で叫ばれるようになりました。

 

 化石燃料はいわば過去の地球に降り注いだ太陽エネルギーの缶詰であり、いつかは枯渇する、限りある資源です。省エネ・省資源こそ、持続可能な地球社会の必須要件。エネルギーの消費量はもはや文明のバロメータとはいえなくなっています。

 

 エネルギーにかわる現代文明のバロメータの1つは磁石です。産業機器や輸送機器、家電機器など、身の回りには実に多くの磁石が利用されています。磁石がなければパソコンも携帯電話も機能せず、自動車もロボットも動きません。磁石は暮らしやビジネス、生産活動を便利にするばかりではありません。ある製品を生産するのに、磁石を利用した場合としなかった場合では、エネルギー消費に大きな差が生まれます。

 

 もちろん、磁石を生産するためにもエネルギーと資源を必要とします。しかし、いったん製造された磁石は外部エネルギーの補給なしに磁界を供給し続けるため、エネルギーや資源を大きく軽減できるのです。たとえば磁石の最大用途であるモータを例にあげれば、より強力な磁石を開発することで、電力消費を低減しつつ小型・軽量化も実現して省資源にも貢献します。持続可能な地球社会の実現に向けて、磁石の役割はますます重要なものになっています。

 

フェライト磁石はこうして生まれた

 

 現在、世界の磁石生産量(重量)の90%以上を占めるのはフェライト磁石です。地球ではありふれた酸化鉄を主成分とする磁石なので、資源枯渇の心配がありません。磁気エネルギーの大きさでは希土類磁石(ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石など)に劣るものの、コストパフォーマンスに最もすぐれた磁石として、これからもさまざまな製品に応用されていくにちがいありません。

 

 「新磁石誕生」「奇想天外」「偶然から世界を驚す」「形は自由、マグネット界大革命」という見出しが踊る古い新聞記事があります(昭和8年11月25日「大阪毎日新聞」)。これは東京工業大学電気化学科の加藤与五郎教授と武井武助教授が開発した「酸化金属磁石O・Pマグネット」つまり世界初のフェライト磁石の開発を伝えたもの。

 

 「亜鉛の電気精錬法を研究中、亜鉛の鉱石を焼いて粉末状の酸化物を作りこれを電磁石で吸ひつけ選り分けることから世界学界に未知であった酸化物の磁力に判然たる暗示を得、遂に永久磁石として従来想像も許さなかった特殊の性能と広い用途を持ち価格の非常に安い酸化金属磁石O・Pマグネットを完成し近く学界に発表するとともに日、英、米、独、仏その他世界各国の特許を申請することになった」と、開発の経緯も紹介しています。

 

 磁石といえば金属というのが常識であった当時、酸化鉄つまり鉄サビを原料として磁器のように焼成して製造されるフェライト磁石は、まさに「奇想天外」な磁石でした。「全く偶然に武井さんの尊いお力添へで作り上げたもので、自分でもその驚異にまごついてゐる始末です、…さて何から手を染めていゝか研究中です」という加藤教授の談話も載っています。

 

磁気天秤によって測定されたフェライトの磁性

 

 武井助教授が研究テーマとしていたのは、亜鉛精錬の際に、亜鉛と鉄の酸化物の混合体である亜鉛フェライトが生じると、亜鉛の収率を下げてしまうため、それを除去するための技術を確立することでした。しかし、当時は亜鉛フェライトに関する研究は世界的にも少なかったので、まず、さまざまな組成のフェライトをつくり、その磁性を測定する実験を試みたのです。図に示すのは亜鉛フェライトの磁気測定に使われた装置の概要です。武井助教授は試料を電気炉に入れ、加熱しながら磁気測定できる磁気天秤も自作しました。

 

 磁気天秤とは磁性体の磁化の大きさを天秤の釣り合いによって測定する装置です。天秤の片側の腕に試料を吊るし、もう片方の腕にコイルを吊るします。試料に電磁石から磁界を加えると、試料が磁性をもつならば吸引力が働いて天秤の腕が下がります。このとき、もう片方のコイルに電流を流すと、磁石の磁界との相互作用によってコイルに吸引力が働きます。試料に働く吸引力は、コイルに流す電流に比例するので、天秤のバランスを保つようにコイルに電流を流すことによって、試料の磁性を精密に測定することができます。これが磁気天秤の基本原理です。

 

 フェライト磁石の発見に結びつく重要な現象は、酸化鉄と酸化コバルトを混合して高温焼成した、コバルトフェライトを試料とした実験で見いだされました(1930年)。武井助教授が試料を熱して磁気測定を終えたあと、たまたま電磁石の電源を切り忘れたまま放置しておいたら、磁気天秤が大きく傾くほど試料は強い磁性を示したのです。のちに磁場中冷却効果と名づけられた現象です。

 

 こうして発見された世界初のフェライト磁石は、数年後にO・Pマグネットとして製品化されました。ちなみにO・Pマグネットという名称は、東京工業大学の所在地である大岡山のOとパーマネントマグネット(永久磁石)のPから、また原料である酸化物の粉体を意味するオキサイド・パウダー(oxide powder)の頭文字からつけられました。

 

フェライト磁石の発見をもたらした実験装置

 

 

図1 フェライト磁石の発見をもたらした実験装置

 

エネルギー問題の解決にも磁石は貢献する

 

 O・Pマグネットはスピネル型と呼ばれる結晶構造のフェライト磁石ですが、現在、量産されているのはマグネトプランバイト(M)型のフェライト磁石です。微量添加物などによる高度な材料設計、結晶粒径の制御、緻密な焼成条件の制御など、さまざまな先端技術が投入され、フェライト磁石の技術はほぼ限界に達したともいわれます。しかし、実はフェライト磁石には、現在主流のM型のほかに、U型、W型、X型、Y型、Z型など、さまざまな組成のものが存在します。TDKでは至難とされてきたW型フェライト技術にチャレンジ、M型フェライトの限界を超える世界最強のフェライト磁石の製造技術を手中にしました。パワーウインドウやパワーミラーなど、現代の自動車にはフェライト磁石を用いたマイクロモータが100個前後も搭載されています。フェライト磁石のさらなる高性能化は、マイクロモータの小型化を実現し、省エネ・省資源とともに自動車の軽量化にも大きく貢献します。

 

 ガソリン車にかわるハイブリッド車(HEV)や燃料電池車(FCEV)の駆動モータには、磁気エネルギーの大きなネオジム磁石が用いられています。ネオジム磁石はこれ以上のものは考えられないといわれる最強の永久磁石ですが、まだ改良の余地が残されています。ネオジム磁石は精密調整された粉末原料を成形・焼成して製造されます。TDKでは蓄積した材料技術をナノスケールで展開、原料粉末の微細化や均一化、焼成温度・雰囲気の高度なコントロールなどにより、磁気特性をいちだんと向上させた世界最強レベルのネオジム磁石の開発にも成功しています。

 

 石油の枯渇は時間の問題といわれています。次世代クリーンカーの開発やエネルギー問題の解決に大きく関わるのも磁石。磁石は目立たない脇役的な存在ですが、これからのハイテク社会を根底から支え続けていくでしょう。

 

 

フェライト磁石およびネオジム磁石の技術最前線

 

 

図2 フェライト磁石およびネオジム磁石の技術最前線

 

 

 

アウターロータ型の薄型ダイナモ

 

http://www.tdk.co.jp/techmag/ninja/daa01071.htm


発電機に電流を流せばモータとなり、モータを外力で回転させれば発電機となるように、発電機はモータと基本的に同じ構造になっています。中学校で学習するように、コイルに向かって磁石を出し入れすると、コイルに起電力が発生して電流が流れます。これはファラデーが発見した有名な電磁誘導現象です。

手動式ダイナモに利用されているのは、アウターロータ型モータとほぼ同じ構造の薄い円盤のようなダイナモです。アウターロータ型モータでは、放射状に配置されたコイルの周囲をカップ状のマグネットロータが回転します。手動式ダイナモではハンドルの回転を歯車によって増速して、このマグネットロータを高速回転させ、コイルに起電力を生み出して発電します。

磁石はカップ状ロータの内周にN極・S極が交互になるように貼り付けられています。インナーロータ型では遠心力によって磁石が飛散しないようにする工夫が必要です。多極着磁した一体型のフェライト磁石なら飛散の心配はありませんが、マグネットロータはずんぐりした形になって薄型化は困難です。一方、アウターロータ型では、磁石は回転するカップ状ロータの内周に貼り付けられているため、飛散するようなことがなく、また多極化や薄型化に有利なのです。

図2に示すのは、手動式LEDライトに使われているアウターロータ型ダイナモの内部構造の1例です。コイルの巻かれたポールピースは9極、それらを取り巻くカップ状ロータに取り付けられた磁石は12極となっています。

 

アウターロータ型ダイナモと振るタイプのダイナモ

図2 アウターロータ型ダイナモと振るタイプのダイナモ

 

 

電磁誘導の原理が一目瞭然の振るタイプのダイナモ

 

手動式ダイナモのLEDライトには、手回し式のほか握力計のようなグリップ式のものがあります。これは握力で歯車を回転させ、これをマグネットロータに伝える方式です。マグネットロータにははずみ車の機能ももたせてあるので、握るとしばらく回転が維持されます。

 

このほか振るだけで発電できるLEDライトというのも市販されています。透明プラスチックの筒状のケースの中に、コイルと可動式の磁石が置かれていて、振ると磁石がコイルの中を往復して発電するという方式です。電磁誘導の原理が一目瞭然のダイナモです。

 

 

2014年02月12日

 

フリーエネルギーと磁石-6

 

-なぜ電磁波は空間を伝わるか?-

 

http://www.tdk.co.jp/techmag/ninja/daa01011.htm

 

電磁波を利用した人命探査装置


 2004年10月の新潟県中越地震では、乗っていた自動車を埋め尽くした土砂の中から、92時間ぶりに2歳の男児が救助されました。この救助活動においては“シリウス”という名の人命探査装置が活躍しました。電磁波を利用して離れた場所から被災者の生存を確認する装置です。アンテナから放射された電磁波は、物体によって反射波として戻ってきます。生きている人間の場合、心臓の拍動や肺の膨張・収縮は、ほぼ一定の周期で繰り返されるので、反射波にはわずかな位相のズレが現れます。これをコンピュータで周波数分析して被災者の生存を確認するのです。救急車のピーポ音が、近づいてくるときと遠ざかるときで、周波数に差異が現れるドップラー効果と似た原理です。

 シリウスは電磁波を利用しているので、土砂災害のように光も音声も届かないような現場や、被災者が意識を失っているような場合でも探査が可能です。レーダと違って遠距離には使えませんが、探査範囲は数十mにも及びます。シリウスという装置の名称は、全天でいちばん明るい恒星である“おおいぬ座”の首星シリウスにちなんだもの。救助犬のように頼もしい電磁波利用の科学的装置というわけです。

 雪崩に巻き込まれたときの救助用にも、電磁波を利用した“雪崩ビーコン”と呼ばれるサバイバルグッズが活躍します。一定の周波数の電磁波を出す発振機と受信機を兼ねた小型装置で、雪崩が起こりそうな雪山に入るときは、パーティ全員が装着して発信モードにしておきます。そして万一、仲間が雪崩に巻き込まれたときは、残りの仲間が受信モードに切り替え、雪の中から発する電磁波の方向や強さから、埋もれた仲間の位置を割り出して救助します。

 

イメージ

 

 

放電火花から電磁波が発生する理由


 磁気と電気はあざなえる縄のように互いに切り離せない関係にあります。これはファラデーが発見した電磁誘導現象(1831年)からも明らかです。ファラデーの研究を受け継いだマクスウェルは得意の数学を駆使して、空間を伝わる電磁波の存在を理論的に示しました(1864年)。とはいえ、当時はまだ電磁波の発生装置も、それを検出する装置(検波器)もなく、長らく仮説のままでした。電磁波の存在を実験的に明らかにしたのはヘルツです。彼は電気を十分に溜めこんだライデンびん(蓄電器)の電極に放電火花が起きたとき、少し離れた場所にあった別のライデンびんの電極に火花が発することに気づきました。これはマクスウェルが予言した電磁波による作用ではないかと考えたヘルツは、誘導コイル(コイルにより高電圧を得る装置)と針金の輪を用いた実験装置(ヘルツ共振器)をつくり、電磁波の存在を初めて実証しました(1888年)。

 放電火花から電磁波が発生することは簡単な実験からも確かめられます。電子ライターをラジオの近くで点火させるとブツッという雑音がはいります。また、模型工作などに使われるDCモータをテレビの近くで回転させると、画面にチラチラとした白い点がノイズとなって現れます。これはモータ整流子のブラシ部分に発生する放電火花の電磁波によるものです。ブラシモータが使われる電気掃除機や電動工具でも同じ現象が起こります。

 放電火花はなぜ電磁波を発生させるのでしょうか? 放電火花は一瞬の出来事に見えますが、実は電極間に起こる振動現象です。電磁誘導の法則により、急激な電界の変化は磁界を発生させ、急激な磁界の変化は電界を発生させます。このため電界と磁界は交互に鎖のように連なって空間を伝わっていきます。これが電磁波です。

電子のスピンを確認したシュテルン・ゲルラッハの実験(

 

図1 電磁波の発生と電磁波が空間を伝わる仕組み

 

コンデンサの電極はアンテナとなる

 

 ヘルツ共振器では狭いギャップを設けた針金の輪が、電磁波の検出装置(検波器)として使われました。針金の輪はコイルと同じインダクタンスをもち、ここに電磁波が到達して磁界変化が起きると、誘導電流が流れてギャップに放電火花が起きるのです。

 

 ヘルツが考案した装置は実験用なので、電磁波はあまり遠くまで届きません。そこで考案されたのがアンテナです。初期の無線通信では長波が利用されていたので、“空中線”と呼ばれる長い電線が送受信用アンテナとして張られました。この空中線はコンデンサの電極と同じ働きをしています。

 

 コンデンサに交流電圧を加えると、電極は+と-に交互に帯電するので、電極間に発生する電気力線も交互に向きを変えます。ここで交流電流の周波数を高くしていくと、逆向きの電気力線の反発作用が強まります。このため電気力線は電極からはみ出すようになり、ついには輪となって外に飛び出し電磁波となるのです。

 

 平行に向かい合ったコンデンサの電極を広げると、電極が電磁波を放出するアンテナとしての役割を果たします。最もわかりやすいのはダイポールアンテナです。2本の棒はコンデンサの電極に相当し、2本の棒の先端から先端までの距離が送受信する電磁波の波長の2分の1となります。長波や中波では長いアンテナやコイル状のアンテナを必要としますが、高周波になるつれアンテナも短くなります。携帯電話ではマイクロ波が使われるのでアンテナもごく短いものですむのです(4分の1波長のアンテナほか、チップタイプのアンテナも使われます)。

 

パルサーの正体は中性子星だった


 周期的に変化する磁界のことを交番磁界といいます。高周波の交番磁界は電磁波を放出します。宇宙のかなたには、きわめて強い磁場をもつ天体が存在し、高速回転することでパルス状の電磁波を放出しているものがあります。これは“パルサー”と呼ばれています。

 パルサーが1967年に初めて発見されたときは、宇宙人からのメッセージなどと騒がれたこともありますが、その正体は中性子星でした。質量が太陽の数倍以上ある巨星は、進化の最終段階で大爆発を起こして超新星となり、核の部分は自らの重力よってつぶれて(縮退して)中性子星となります。中性子星は密度が1cm3あたり100万t以上もある天体で、質量が太陽の8倍以上もあるとブラックホールになると考えられています。

 ブラックホールは重力や光さえも飲み込んでしまうために、直接には観測できませんが、中性子星は電磁波を放出しているので観測が可能です。米国NASAのX線天文衛星チャンドラは、超新星残骸の写真を撮影し、そこに中性子星と考えられる天体をいくつも発見しています。

 中性子星が電磁波を放出するのは、1012ガウスというきわめて強い磁場をもち、数十ミリ秒から数秒の周期で高速回転しているからです。中性子星の自転軸と磁軸がずれていると、高速回転に伴って電磁波ビームがサーチライトのように放出されます。その方向が地球のほうに向いていると、灯台の光のように周期的に観測されるのでパルサーと呼ばれるのです。しかし、中性子星が誕生するまでのメカニズムはまだはっきりわかっていません。宇宙は底知れぬ謎を秘めているようです。

中性子星がパルサーとなる原理

 

図2 中性子星がパルサーとなる原理

 

 

超電導磁石は永久機関を実現するか?

 

http://www.tdk.co.jp/techmag/ninja/daa00510.htm


初の永久機関はインド人の着想


忍法は中国がルーツといわれますが、インド生まれの仏教とも深く関わっています。小説や映画の中で忍者がドロンと姿を消すとき、手の指を立てたり組んだりして印(いん)を結びます。これは仏像の手の印相(いんぞう)・印契(いんげい)に由来します。

また、仏教の修行の1つに、あらゆる苦難や恥辱にも怒りを起こさずに耐える忍辱(にんにく)があります。怒りは仏道においても忍法においても最大の障害。こうした心の迷いから解放されないことには、永遠の誤り・苦しみを繰り返すだけ。仏教ではこれを輪廻(りんね)といい、輪廻からの解脱を説いたのが釈迦の教えです。忍法の忍というのも、インド仏教における“忍”の漢訳語に由来するようです。

ところで、輪廻とは車輪の回転にたとえたインド独特の思想で、ここから永遠に回転を止めない車輪のような永久機関が、インドで最初に着想されたといわれます。たとえば12世紀のインドの天文学の文献には、周囲に等間隔の穴をあけた車輪の図が掲載され、穴の半分まで水銀で満たすと、車輪は一度動かせば、いつまでも回り続けると記されています。

インドにおいて哲学的な意味をもっていた永久機関は、西洋においては外部からエネルギーの供給を受けることなく、永遠に仕事を続ける機械のことを意味するようになります。

13世紀のヨーロッパでは、車輪の外周にハンマーを取り付けたり、スポークの間にボールを格納した永久機関が考案されました(図1)。インドの永久機関と同様に、車輪の回転とともに重心が移動することで、いつまでも回転し続けるという考え方によるものです。これは非平衡車輪と呼ばれるタイプの永久機関です。

もちろん、いずれの装置も失敗に終わりましたが、これは仕掛けの不備によるものと考えられました。そこで登場してくるのが、磁石の磁力を利用した永久機関です。

 

非平衡車輪と呼ばれる永久機関

 

図1 非平衡車輪と呼ばれる永久機関

 

モータや発電機の前身は磁石利用の永久機関


磁石を利用した永久機関として最も有名なのは、17世紀イギリスのウィルキンズ司教が著書の中で紹介した装置です(発案者は16世紀のイエズス会士といわれます)。

これはすべり台に似た簡単な構造のもので、図2左のように台の頂部には磁石(天然磁石)が置かれ、磁石の磁力により鉄球がスロープをかけのぼるというものです。永久機関としての工夫は、スロープの上に穴が設けられていること。このため磁石に吸いつく直前に、鉄球は穴に落ち込んで元の位置に戻り、この運動を永久に繰り返すという仕組みです。実際には磁石の磁力が小さければ鉄球はかけのぼらず、磁力が大きければ穴に落ちずに磁石に吸いついてしまい、期待どおりの永久運動は実現しません。

18世紀になると車輪と磁石を組み合わせた永久機関がいくつも考案されました。図2右に示すのはその一例で、車輪の中に棒磁石を組み込み、外部に置かれた磁石との吸着・反発力によって、永久に回転運動をさせようというものです。これもまた実際には、車輪がある位置で安定してしまうので連続運動は得られません。しかし、注目すべきは、この装置はのちに発明されるモータや発電機の構造とよく似ていること。ボルタ電池やファラデーによる電磁誘導現象の発見以前から、モータや発電機の原型となるものが、すでに考案されていたことになります。


19世紀に発電機が発明されると、車輪の回転力によって発電し、その電気で車輪を回転させる永久機関も考案されました。おそらく初動さえさせれば、永久運動も可能と思ったのでしょうが、摩擦やコイルの電気抵抗までは考えが及ばなかったようで、当然ながら失敗に終わりました。

磁石を利用した永久機関

 

図2 磁石を利用した永久機関

 

熱力学の法則が証明した永久機関の不可能性

 

永久機関が原理的に不可能であることは、19世紀に確立された熱力学の第1法則と第2法則によって明らかにされました。

エネルギーは姿を変えるだけで減りも増えもしないというのが、熱力学の第1法則で、エネルギーの保存則とも呼ばれます。ところが、熱力学の研究が進むと、エネルギーの保存則に矛盾しない永久機関も考えられることが指摘されました。

たとえば冷水と熱水を混ぜれば、ある温度の水となりますが、全体のエネルギーに増減はありません。そこで、これとは逆にある温度の水を冷水と熱水に分けられるとしたら、エネルギーの増減なしに熱水と冷水の双方が利用できることになります。つまり冷暖房がタダで実現することになり、エネルギー問題はいっきょに解決します。

しかし、現実にはこんなことは起こりません。熱の拡散は不可逆な変化だからです。これを明らかにしたのが熱力学の第二法則で、エントロピー増大の法則とも呼ばれます。

こうして永久機関が原理的に不可能であることが証明されましたが、20世紀初頭の超電導現象の発見によって、永久機関は再び新たな装いで復活することとなりました。

 

超電導磁石といえどエネルギーはつくれない

 

金属やある種の金属酸化物を極低温まで冷却すると、突然、電気抵抗がゼロになるという現象が起こります。これが超電導現象です。電気抵抗がゼロということは、電流を流しても電力損失なしに、電流が永遠に流れ続けることを意味します。これは日常的にはありえないことなので、永久機関もつくれそうな錯覚に陥ります。

また、超電導材料でつくったコイルに、大電流を流せば、永久磁石や電磁石よりもはるかに強い磁界を発生させることができます。これが超電導磁石です。コイルの冷却に必要なエネルギーを別にすれば、永久機関にかぎりなく近い超電導発電システムが実現しそうな気がします。

しかし、この考え方にも根本的な誤りがあります。超電導磁石を利用して発電する場合でも、発電に要するエネルギーは、やはり外部から補給する必要があるからです。つまり超電導磁石は単なるエネルギー変換器としての役目しか果たさないのです。超電導磁石はリニアモーターカーなどにも利用されていますが、その推進力には、やはり外部からの電力エネルギーを利用しています。

超電導コイルを利用すれば、電力損失なしにエネルギーを永久保存することも理論的に可能で、実用化に向けた研究も進められています。いわゆる超電導エネルギー貯蔵システムです(図3)。ただし、これは余剰電力などを貯蔵する装置であり、発電装置ではありません。

永久機関は頭の中ではさまざまに構想できても、現実には絶対にありえない存在です。しかし、実現不可能な永久機関へのチャレンジは、決して愚かな試みであったわけではありません。その失敗の過程から人類は蒸気機関や内燃機関、モータや発電機など、さまざまな有用な機械を手に入れ、科学技術の発達にも大きく寄与しました。おそらくその最大の成果は、省エネ・省資源こそ、エネルギー問題の最大の有効策であることを教えてくれたことでしょう。磁石はエネルギーを生み出す打出の小槌ではありませんが、省エネ・省資源を実現するために不可欠の存在なのです。

超電導エネルギー貯蔵システム

図3 超電導エネルギー貯蔵システム

 

勝手創千界への

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2013年

6月

09日

勝手創千界から世界へ

この世界が持つ多くの問題への解決は待っていては果たせない

より良き社会を目指して我が「勝手自由なる提案」を創り上げていく

そして「勝手創千界」の描く世界から解決に向けての一歩を踏み出す

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2013年

1月

01日

勝手にエネルギー論を構築する

人類の行く末は「エネルギー」を如何に獲得していくかである。

日本の社会も経済も「エネルギー問題」の解決抜きには語れない。

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2012年

10月

02日

新しいエネルギー開発に向けて

「水危機」と「エネルギー危機」が目前に迫っている。この二つの「危機」だけでも「人類の生存基盤」の危機である。 一刻も早く、地球と人類にとって安全・安心な「自然エネルギー」「再生可能エネルギー」の開発が求められている。

10年、100年先の「危機管理」として、今から行動しなければ遅いことは明白だ。

「消費社会」から「循環社会」「持続可能社会」「自然共生社会」「エネルギー自立社会」へ向けての「意識改革」と「構造改革」が重要である。

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2012年

7月

08日

新しい日本改造に向けて

国の言う「国民のための判断」が本当でないことが明らかにされているいま

国民の持つ価値観として、何が大事で何が大事でないかという判断や、ものごとの優先順位づけ、ものごとの重み付けの体系の価値判断から、3.11震災を契機にした「新しい価値観」と「国民全体の幸福度」についての「提言」が、いまこそ日本に必要である。

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2012年

6月

04日

勝手に発想法を研究する

差し迫る「少子高齢化の縮小社会への突入」「産業の空洞化」「エネルギー問題」「雇用問題」「財政問題」等々・・・日本社会が抱える問題は多岐に渡るが、政治や行政や官僚に「問題解決能力」の欠如が著しい。

さらに日本の技術を支える産業界や学界の「研究開発機関」においても「劣化」が進んでいる。

今こそ「フロンティア精神」と「新しい発想」が連動して「革新的なイノベーション技術」を生み出していくことが必要だ。

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2012年

5月

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自然エネルギーと共に生きる

日本の自立と未来を切り開くためには、日本の国土に適合した再生可能エネルギーの社会が必要であり、最先端の日本技術を結集して「世界に誇れる日本」を創っていかなければならない。

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2012年

4月

07日

勝手創千界から「尊敬される日本」へ

まず、現状のまま進行した100年後の日本の未来を想定し、その想定社会状況から、今必要な「方策」を考えてゆく視点が必要ではないかと思っています。新しい視点が必要です。

「勝手創千界」による「勝手な発想」が「脳内停止」状態の人々に「インパクト」を与えなくてはいけません。

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2012年

3月

11日

3.11震災から海上都市計画へ

3.11震災を契機として、日本という国家のもつ様々な問題点が明らかにされ、新しい国家像が求められている。たぶんこのままでは、さらに日本の解体状況は進んでいくだろう。ラブーン海上都市計画がひとつの方向性を提示できればと思う。

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2012年

2月

19日

勝手に復興計画 in 石巻を提案

3.11震災からの新しきまちづくりとして「勝手に復興計画 in 石巻」を発進いたします。

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2011年

12月

31日

ホームページ開設

3.11震災以降、如何にすれば「津波につよいまち」が可能なのか?考えてきました。

その「ひとつの答え」を提示できればと思います。実現に向けて多くの人の意見を求めています。

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