Electricity - denki (English spelling)

Japanese: 電気 - でんき（英語表記）electricity

In nature, there are two types of electric charge, positive and negative. The various properties of electric charge are a natural phenomenon called electricity. Electric charge is sometimes called electricity, and positive and negative charges are sometimes called positive and negative charges. Microscopically, electric charge is a property that the particles that make up a substance possess. A positive charge is carried by the nucleus, and a negative charge is carried by the electron. The charge carried by an electron is - e = -1.602 x 10 ^-19 Coulombs, where e is a very important fundamental constant of nature called the elementary charge. The charge carried by an atomic nucleus is + Ae , where A is the atomic number. An isolated atom is electrically neutral, but in a substance, atoms or groups of atoms (radicals) often become ions, and ions have a positive or negative charge.

The properties of static electric charges are called static electricity, which is the basis of electrical science, but many of the electrical phenomena currently used in practical applications are dynamic properties of electric charges. Below, we will explain important points about electricity, with an emphasis on the practical aspects of electricity.

[Shozo Sawada]

Static electricity

When two objects are rubbed together, one becomes positively charged and the other negatively charged. These charges remain stationary at the position where they were generated. Stationary charges can also be generated by various other reasons. A force (Coulomb force) given by Coulomb's law acts between such stationary charges. This force is a repulsive force between charges of the same sign, and an attractive force between charges of opposite signs. Directly connected to this force, an electric field (vector) and an electric potential (scalar) exist in the space in which the charges exist. These correspond respectively to gravity and potential energy in a gravitational field. Static electricity can be an obstacle in our daily lives, such as causing clothes to stick together during dry seasons, but it also makes possible technologies such as electron mapping, electrostatic dust collection, electrostatic painting, and electrostatic sorting.

[Shozo Sawada]

Conductors and insulators

When a charge can move through a material, it is a conductor, and when it cannot, it is an insulator. When a potential difference (voltage) exists between two points in a conductor, the charge moves a macroscopic distance to create an electric current. If the voltage is V , the current I is proportional to V , as I = V / R. This is Ohm's law, and R is the (electrical) resistance between the two points. The units of V , I , and R are usually volts, amperes, and ohms, respectively. R remains constant even if V is constant regardless of time (DC) or changes sinusoidally (AC). On the other hand, in an insulator, current does not flow for DC voltage, but does flow for AC voltage. This is because insulators have the ability to store electric charge, and the amount of stored charge changes sinusoidally with AC voltage. In this way, insulators are used for both insulation and storage purposes in electric circuits. The element that stores electric charge is a capacitor. Insulators that are mainly used as capacitor materials are specifically called dielectrics.

[Shozo Sawada]

Use of electric current

The amount of heat W generated per unit time by a current I flowing through a resistance R is given by W = VI = RI ^2. This is called Joule heat, and the unit of W is usually Watts. The use of Joule heat is one of the most representative electrical applications, and is used in a wide range of applications, from household electric heaters to large industrial electric furnaces. Joule heat does not depend on whether the current is direct or alternating, but in dielectric and magnetic materials, heat is generated only when the current is alternating, and this is used in dielectric heating and induction heating. Heat generated by electric current is also important in lighting, and incandescent light bulbs are an example of this. Also, since the flow of electric charge is a flow of charged particles, various chemical changes can occur with electric current. The field that studies this is called electrochemistry, and important technologies such as batteries, electrolysis, and electrochemical processing are derived from this field. On the other hand, semiconductors, which are intermediate between conductors and insulators, have many peculiarities, such as a significant nonlinearity between current I and voltage V , and the emergence of transistors using semiconductors led to the computer era, which is still rapidly progressing today. Furthermore, in materials called superconductors, the resistance becomes zero at temperatures below a certain critical point. This property is expected to be useful for applications such as power storage.

[Shozo Sawada]

Discharge

When the potential of a static charge exceeds a certain limit, the charge suddenly begins to move, even if the electrical resistance of the space is infinite. This is called discharge. Discharge has both harmful and beneficial effects. Smaller harms include discharges from clothing or knobs during dry seasons, and larger harms include damage caused by lightning, but the benefits far outweigh the harmful effects. Namely, discharges are used in lighting equipment such as neon tubes and fluorescent lamps, and in heating and processing equipment such as arc furnaces.

[Shozo Sawada]

Magnetic

As shown in Figure A , when electric current I flows, a magnetic field H is generated around it. This behavior follows Biot-Savart's law. A magnetic field is a magnetic quantity equivalent to the electric field in electricity, and more generally, electricity and magnetism are often parallel phenomena. Magnetism is also called magnetic field, and ferromagnetism in particular has great practical value.

[Shozo Sawada]

Lorentz force

As shown in Figure B (a), when a current I flows perpendicular to a magnetic field H , a force F acts perpendicular to both in the direction shown in the figure. This relationship is called Fleming's left-hand rule, and F is called the Lorentz force. This law is the basis for the operation of machines that convert electrical energy into mechanical energy, that is, electric motors. There are a great variety of electric motors, from small ones used in electric shavers to large ones used in factory cranes and electric locomotives.

[Shozo Sawada]

Electromagnetic Induction

As shown in Figure B (b), when a conductor that is perpendicular to the magnetic field H (direction I on the figure) receives a force F perpendicular to both directions and moves parallel to F , a voltage is generated along the conductor in the direction of I. This relationship is called Fleming's right-hand rule, and this voltage is called induced voltage. This type of induced voltage can also be generated by changing the magnetic field without moving the conductor. This phenomenon is called electromagnetic induction, and machines that convert mechanical energy into electrical energy, i.e. generators, make use of this phenomenon. Inductance L , which is one of the three elements of an electric circuit along with resistance R and capacitor C , generates a voltage V in the circuit through electromagnetic induction that is proportional to the rate of change of the current I in the circuit. Figure C shows a circuit in which R , C , and L are all connected in series.

[Shozo Sawada]

Electromagnetic waves

Electromagnetic phenomena become wave-like when the frequency is above the megahertz level. These are called electromagnetic waves, and they are the main source of current television, radio, and wireless communication. Ordinary light is also an electromagnetic wave with a wavelength of 10 ^-7 to 10 ^-6 meters.

[Shozo Sawada]

History of the Understanding of Electricity

It has been known since the Greek era that amber attracts light objects when rubbed, and it was considered to be an inherent property of the substance, something mysterious. It was not until the 17th century that the electrical attraction of amber became the subject of science, when British physician Gilbert, in his systematic research into magnets, was the first to clearly distinguish the difference between the gravitational force of a magnet and that of amber. He also discovered that diamonds, glass, resin, and gemstones also attract light objects when rubbed, and in the second part of his 1600 book On the Magnet, he named this property electrice. The Greek word for amber means "something that attracts," or "electron." It is said that T. Brown coined the term "electricity," which is the English term used today.

[Tomoko Takahashi]

Electrostatics

In 1672, Guericke created a device that generated electricity by friction by placing the palm of a hand against a mechanically rotated sulfur ball. In 1709, Hawkesby of England created an electric generator using glass balls, which are more easily charged, and improvements were made thereafter. Guericke was the first to discover electrical repulsion, and further recognized that electricity generates light, sound, and heat, and that it is conductive.

In 1745, Kleist of Germany and Mussenburg of the Netherlands created a device for storing electricity (a capacitor), which made it possible to generate and store electricity. This was called a Leyden jar, and the instantaneous discharge it produced was a popular spectacle in salons and royal palaces at the time, as it could make 180 soldiers jump up at once.

As electricity became stored, it was recognized as something substantial rather than a mysterious object. However, it was thought of as an immeasurable fluid that could not be weighed. In 1733, Du Fay discovered that there were two types of electricity, which he named glass electricity and resin electricity, and proposed the two-fluid theory. Franklin, known for his kite experiments, also proposed the one-fluid theory, which states that two types of electricity are generated by an excess or deficiency of one type. Gilbert, mentioned above, considered an immeasurable electric element to explain electrical attraction. When it comes to immeasurable substances - immeasurable fluids, the assumptions made about phlogiston, which is related to combustion, ether, which is the medium of light, and caloric, which is related to heat, were widely supported until the 19th century.

Although it is immeasurable, its attractive and repulsive forces were measured by Coulomb, and in 1785 he formulated "Coulomb's Law," also known as the inverse square law. Having invented the torsion balance after improving the compass, Coulomb was able to perform precise measurements by converting electrical force into mechanical energy in the form of vibration caused by the twisting of a steel wire. It is noteworthy that experiments like Coulomb's were born in an era when static electricity was a spectacle, and that this led to the accumulation of knowledge and devices such as electromotive machines, capacitors, electroscopes, and insulating materials.

[Tomoko Takahashi]

Electrokinetics

Galvani, who was investigating the effects of electricity on the legs of frogs, discovered that when two different metals came into contact with the nerves of a frog, they contracted in the same way as an electric shock, and proposed animal electricity in 1791. He thought that the two metals acted as conductors. It was Volta who criticized this and argued that electric current is generated by the contact of dissimilar metals, thus opening the door to electrokinetics. After various investigations into the contact of two metals, he published the voltaic series of metals in 1796, and in 1800 developed the voltaic pile, in which copper and zinc plates were stacked with a cloth soaked in salt water between them, and the battery, in which zinc and copper plates were placed in dilute sulfuric acid. The electric current generated by such devices was named Galvani electricity, after the research of Galvani that inspired it.

After Volta's cell was reported, Carlyle and Nicholson in England performed electrolysis of water, and Davy applied this to the decomposition of various substances and succeeded in isolating sodium and potassium. The electric current from the cell that Davy assembled from several hundred metal plates generated enough heat to melt alkalis, and the light and heat effects of electric current were also discovered, as a bright light was emitted at the point where the circuit was broken.

[Tomoko Takahashi]

Electromagnetism

In 1820, Oersted discovered that a magnetic needle placed near an electrically conducting wire would deflect, and in the same year, Seebeck used iron filings to demonstrate the magnetic field lines around a conductor, and Ampere announced that the deflection of a magnetic needle follows the right-hand rule. The force of electric current acting on a magnetic needle was formulated by Biot and Savart. Ampere also constructed a device in which conductors could move freely, and discovered that when parallel conductors are placed, an attractive force acts between them if the current flows in the same direction, and a repulsive force acts between them if the current flows in the opposite direction. He demonstrated the equivalence between a coil through which current flows and a magnet, and formulated Ampere's Law for the force acting between parallel conductors. Both Coulomb's and Ampere's laws are inverse square laws and show agreement with Newtonian mechanics, and this established the foundation of electrodynamics, which treats electromagnetic phenomena mechanically as action at a distance.

Once it was known that electric current generates magnetism, efforts were made to generate electric current from magnetism. This bore fruit in 1831 with Faraday's discovery of electromagnetic induction. He experimentally confirmed that changes in electric current or the movement of a magnet generate electric current. This electric current generated by changes in magnetism was called magnetoelectricity. Since Seebeck had discovered thermoelectricity in 1821, galvanic electricity, frictional electricity, animal electricity, atmospheric electricity (lightning), and magnetoelectricity were known. Faraday confirmed whether these types of electricity were the same through experiments on physiological effects, magnetic needle deflection, spark generation, and electrochemical effects, and came to the conclusion that "electricity is the same in nature, regardless of the source from which it is generated." In 1833, he measured the electrochemical equivalent, and from his research into the mechanism of electrolysis, he believed that the action of electricity was transmitted through matter, and by introducing magnetic and electric field lines, he established the basis for explaining electromagnetic phenomena from the standpoint of the so-called proximity theory.

Meanwhile, Ohm, who had been researching the strength of the Galvani circuit, formulated Ohm's law in 1827 in his major work, "Mathematical Investigations of the Galvanic Current," which distinguished between resistance, electromotive force, and current and clarified their relationships. The importance of Ohm's work was recognized from 1840 onwards, as the construction of telegraph networks progressed, with Britain at the forefront. Kirchhoff extended this to apply to more complex circuits in 1849. Meanwhile, the production of coils and electromagnets and improvements to batteries continued, leading to the appearance of the prototypes of motors and generators. The field of electrical engineering was formed amid the development of electrical technologies such as wireless communication, electric lighting, and electroplating. In this environment, Maxwell compiled electromagnetic interactions into a consistent theoretical system. In 1873, he presented Maxwell's equations in "Electromagnetism," and as a theoretical conclusion, he predicted that electric and magnetic fields propagate through space in pairs, and that light is a type of electromagnetic wave. The existence of electromagnetic waves was experimentally confirmed by Hertz in 1888, proving Maxwell's theory. Furthermore, electrodynamics, begun by Ampere, was continued by Weber and others, leading to Lorentz's theory of the electron. These became the basis for the emergence of the theory of relativity and quantum theory in the early 20th century, and at the same time clarified the scope of application of classical electromagnetism.

[Tomoko Takahashi]

"Ohmsha Publishing Co., Ltd.: A Quick Introduction to Electrical Engineering" (1980)

Generation of magnetic field by electricity (Figure A)
= Current = Magnetic field ©Shogakukan ">

Generation of magnetic field by electricity (Figure A)

Lorentz force and electromagnetic induction (Figure B)
= Magnetic field = Electric current = Lorentz force ©Shogakukan ">

Lorentz force and electromagnetic induction (Figure B)

Series circuit of resistor, capacitor, and inductance (Figure C)
= Voltage = Current = Resistance = Capacitor = Inductance ©Shogakukan ">

Resistor, capacitor, and inductance direct…

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

自然界には正・負の符号をもった2種類の電荷という実体が存在する。この電荷が示すいろいろな性質が電気とよばれている自然現象である。電荷のことを電気とよぶこともあり、正電荷、負電荷のことを陽電荷、陰電荷とよぶこともある。微視的には、電荷は物質を構成する微粒子が帯びている性質である。正電荷は原子核が、負電荷は電子が帯びている。電子が帯びている電荷は
　　-e=-1.602×10^-19クーロン
であって、eは素電荷とよばれるたいへん重要な自然界の基本定数である。原子核が帯びている電荷は+Aeであり、Aは原子番号である。孤立した原子は電気的に中性であるが、物質の中では、原子あるいは原子団（基）はイオンとなっていることが多く、イオンは正または負の電荷をもっている。

　静止している電荷が示す性質が静電気とよばれる現象であり、これは電気学の基礎をなすものであるが、現在実用面で活用されている電気現象の多くは電荷の動的性質である。以下、電気に関する重要な事項を、電気の実用面に重点を置きながら説明する。

［沢田正三］

静電気

二つの物体を摩擦すると、一方が正に、他方が負に帯電する。これらの電荷は発生した位置に静止している。そのほか種々の原因でも静止した電荷が発生する。このような静止した電荷の間には、クーロンの法則で与えられる力（クーロン力）が働く。この力は、同符号の電荷の間では斥力であり、異符号の電荷の間では引力である。この力に直結して、電荷が存在する空間には電界（ベクトル）、電位（スカラー）が存在する。これらはちょうど重力場での重力、ポテンシャル・エネルギーにそれぞれ対応する。静電気は、乾期における衣類のまつわりなど、われわれの日常生活のじゃまもするが、一方、電子写像、電気集塵(しゅうじん)、静電塗装、静電選別などの技術を可能にしてもいる。

［沢田正三］

導体と絶縁物

物質の中を電荷が移動できるとき、その物質は導体であり、移動できないときは絶縁物である。導体内の2点間に電位差（電圧）が存在すると、電荷は巨視的距離を移動して電流をつくる。電圧をVとすると、電流IはI=V/RのようにVに比例する。これはオームの法則であって、Rは2点間の（電気）抵抗である。V、I、Rの単位は普通それぞれボルト、アンペア、オームである。Rは、Vが時間によらず一定であっても（直流）、正弦関数的に変化しても（交流）不変である。一方、絶縁物においては、電流は、直流電圧に対しては流れないが、交流電圧に対しては流れる。これは、絶縁物は電荷を蓄える能力をもっており、その蓄えられる電荷の量が交流電圧によって正弦関数的に変化するからである。このように、絶縁物は、電気回路で絶縁と蓄電との両方の目的に使われる。蓄電する素子は蓄電器（コンデンサー）である。コンデンサー材料として主として使われる絶縁物はとくに誘電体とよばれる。

［沢田正三］

電流の利用

抵抗Rに電流Iが流れることによって発生する単位時間当りの熱WはW=VI=RI²で与えられる。これはジュール熱とよばれるもので、Wの単位は普通ワットである。ジュール熱の利用は、電気応用の代表的なものの一つで、家庭用電熱器から大型工業用電気炉まできわめて広範囲にわたっている。ジュール熱は電流が直流であるか交流であるかにはよらないが、誘電体、磁性体では、電流が交流のときにだけ存在する発熱があり、これを利用するのが誘電加熱、誘導加熱である。電流による発熱は照明においても重要であって、白熱電球がこれである。また、電荷の流れはこの電荷を帯びる微粒子の流れであるから、電流に伴って種々の化学変化がおこりうる。これを研究するのは電気化学とよばれる分野であって、電池、電気分解、電解加工など重要な技術がここから派生する。一方、導体と絶縁物との中間に位置する半導体には、電流Iと電圧Vとの間の著しい非直線性などの多くの特異性が存在し、半導体を使用してのトランジスタの登場から始まって、今日なお急速に進展しつつあるコンピュータ時代がもたらされた。さらに、超伝導体とよばれる物質においては、ある臨界点以下の温度では抵抗がゼロとなる。この性質は電力貯蔵への利用などの面で期待されている。

［沢田正三］

放電

静電荷の電位がある限界値以上高くなると、空間の電気抵抗が無限大であっても、静電荷は急に動き始める。これが放電である。放電にも害と利があり、害は、小さなものでは乾期における衣類やノブでの放電、大きなものでは雷の被害があるが、やはり利がはるかに大きい。すなわち、ネオン管、蛍光ランプなどの照明器具、アーク炉などの加熱・加工装置としての利用などである。

［沢田正三］

磁気

図Aに示すように、電流Iが流れると、その周囲に磁界Hが発生する。そのようすはビオ‐サバールの法則に従う。磁界は電気における電界に相当する磁気的量であり、より一般的に、電気と磁気とは現象としては並行的なことが多い。磁気は磁性ともよばれ、そのうちの強磁性はとくに大きな実用価値をもっている。

［沢田正三］

ローレンツ力

図B(a)に示すように、磁界Hに垂直に電流Iが流れているとき、この両者に垂直で図示の向きに力Fが作用する。この関係をフレミングの左手の法則といい、Fはローレンツ力とよばれる。この法則は、電気エネルギーを力学的エネルギーに変える機械すなわち電動機（モーター）の動作の基礎をなすものである。電動機としては、小は電気かみそり用のものから、大は工場のクレーン用や電気機関車用のものまで、実に多種多様のものがある。

［沢田正三］

電磁誘導

図B(b)に示すように磁界Hに垂直（図のIの方向）に存在する導線が、この両方向に垂直で図示の向きに力Fを受けてFと平行に移動するとき、導線に沿って電圧がIの向きに発生する。この関係をフレミングの右手の法則といい、この電圧は誘導電圧とよばれる。このような誘導電圧は、導線を移動させないで磁界を変化させても発生する。これらの現象は電磁誘導とよばれ、力学的エネルギーを電気エネルギーに変える機械すなわち発電機はこれを利用したものである。なお、抵抗R、コンデンサーCとともに電気回路の3要素の一つをなすインダクタンスLは、電磁誘導によって回路の電流Iの変化速度に比例する電圧Vを回路に発生するものである。図CはR、C、Lがすべて直列につながれた回路を示す。

［沢田正三］

電磁波

電磁気現象は、周波数がメガヘルツ程度以上になると、波動的となる。これが電磁波とよばれるものであり、現在のテレビ、ラジオ、無線通信の主役をなす。普通の光も波長が10^-7～10^-6メートルの電磁波にほかならない。

［沢田正三］

電気の認識の歴史

こはくをこすると軽い物体が引き寄せられることはギリシア時代から知られ、物質に固有な性質であり、神秘的なものと考えられた。このこはくが示す電気的引力が科学の対象となるのは17世紀になってからで、イギリスの医者ギルバートは磁石についての体系的な研究から、磁石の引力とこはくのもつ引力との違いを初めて明確にした。さらにダイヤモンドやガラス、樹脂、宝石などもこすると軽い物を引き付けることをみいだし、1600年『磁石について』の第2部で、こうした性質をエレクトリケと名づけた。こはくのギリシア語で「引くもの」つまり「エレクトロン」の意であった。これを今日の英語流にエレクトリシティelectricityとしたのはT・ブラウンといわれている。

［高橋智子］

静電気学

1672年、ゲーリケは機械的に回転させた硫黄(いおう)球に手のひらを当て、摩擦電気をおこす装置をつくった。1709年にはより帯電しやすいガラス球を用いた起電機がイギリスのホークスビーによってつくられ、以後改良がなされた。ゲーリケにより初めて電気的斥力(せきりょく)が知られ、さらに電気が光や音、熱を発生すること、伝導性をもつことなどが認識された。

　1745年ドイツのクライストとオランダのミュッセンブルクにより電気を蓄える装置（蓄電器）がつくられ、電気をおこし蓄えることができるようになった。これはライデン瓶とよばれ、これから得られる一瞬の放電は、180人の兵士を一斉に飛び上がらせるなど当時のサロンや王宮での見せ物としてもてはやされた。

　蓄電されるようになって、電気は不可思議な対象から実体あるものとして認識されるに至った。しかしそれは秤量(ひょうりょう)できない不可秤量流体と考えられていた。1733年デュ・フェイは電気に2種類あることを発見し、ガラス電気・樹脂電気と名づけ、二流体説を唱えた。また凧(たこ)の実験で知られるフランクリンは1種類の過不足によって2種類の電気が生じるという一流体説を唱えていた。前記のギルバートは電気引力を説明するために不可秤量の電気素を考えていた。測ることのできない物質―不可秤量流体といえば、燃焼に関するフロギストン、光の媒質のエーテル、熱のカロリックが想定されて、19世紀まで広く支持されていたものである。

　不可秤量とはいえ、その引力や斥力はクーロンによって測定され、1785年、逆二乗則として知られる「クーロンの法則」が定式化された。羅針盤(らしんばん)の改良からねじれ秤(ばかり)を考案していた彼は、電気的な力を鋼線のねじれによる振動という力学的なエネルギーに転換することで、精密測定を行ったのである。見せ物的な静電気の時代にクーロンのような実験が生まれ、起電機や蓄電器、検電器、絶縁材料などの装置や知識が集積されたことは注目に値する。

［高橋智子］

動電気学

カエルの脚(あし)に及ぼす電気作用を調べていたガルバーニは、電気ショックによる筋肉の収縮運動を研究中に、2種の異なる金属がカエルの神経に触れると電気ショックと同様の収縮がみられることを発見、1791年に動物電気を提唱した。彼は2種の金属が導線として働くと考えたのである。これを批判して異種金属の接触により電流が生じると主張し、動電気学への第一歩を開いたのはボルタである。2種の金属の接触をさまざま調べた彼は、1796年に金属の電圧列を発表、1800年には食塩水をしみ込ませた布を挟んで銅板と亜鉛板を積み重ねたボルタ電堆(でんつい)、希硫酸に亜鉛板と銅板を入れた電池を開発した。こうした装置による電流は、契機となったガルバーニの研究にちなみガルバーニ電気と名づけられた。

　ボルタの電池が報告されると、イギリスのカーライルとニコルソンが水の電気分解を行い、デービーは諸物質の分解にこれを応用してナトリウム、カリウムの単離に成功した。デービーが数百の金属板から組み立てた電池の電流はアルカリを融解するほど大きな熱を発し、また回路の中断箇所ではまぶしい光を発するなど、電流の光や熱の作用も知られた。

［高橋智子］

電磁気学

1820年、エールステッドが電気の流れる針金近くに置いた磁針が振れることを発見、同年、ゼーベックは鉄粉を使って導線の周りの磁力線を示し、アンペールは磁針の振れの向きが右ねじの法則に従うことを発表した。磁針に及ぼす電流の力は、ビオとサバールによって定式化された。またアンペールは導線が自由に動く装置を組み立て、平行に導線を置くとき電流の向きが同じなら引力が、逆向きなら斥力がその間に働くことをみいだした。電流の流れるコイルと磁石との同等性を示し、平行導線間に働く力についてアンペールの法則を定式化した。クーロン、アンペールの法則はいずれも逆二乗則でニュートン力学との一致を示し、ここに電磁気現象を力学的に、遠隔作用として扱う電気力学の基礎が確立された。

　電流が磁気を生じることが知られると、磁気から電流を生じさせようという努力が払われた。これは1831年ファラデーの電磁誘導の発見で実を結んだ。彼は、電流の変化あるいは磁石の運動が電流を発生させることを実験的に確かめた。この磁気の変化によって生じる電流は磁電気とよばれた。1821年にはゼーベックが熱電気をみいだしていたので、ガルバーニ電気、摩擦電気、動物電気、空中電気（雷）、そして磁電気が知られたことになる。ファラデーは、こうした電気が同一のものかどうかを生理学的作用、磁針の振れ、火花の発生、電気化学的作用の実験から確かめ、「電気というものは、どういう源から生じたものでも、その本性は同一である」という結論に達した。1833年には電気化学当量を測定し、電気分解の機構の研究から、電気の作用は物質を通して伝えられると考え、磁力線・電気力線を導入して電磁気現象をいわゆる近接作用論の立場から説明する基礎を築いた。

　一方、ガルバーニ回路の強さを研究していたオームは1827年、主著『ガルバーニ電流の数学的研究』で、抵抗、起電力、電流を区別し、相互の関係を明らかにしたオームの法則を定式化した。オームの仕事は、1840年以降、イギリスを先頭に電信網の建設が進むとともに、その重要性が認識された。これをさらに複雑な回路に適用できるように拡張したのはキルヒホッフで、1849年のことである。こうした一方で、コイルや電磁石の製作、電池の改良が相次ぎ、モーターや発電機の原型が登場する。また無線通信や電気照明、電気めっきなど電気技術の発達のなかで電気工学分野が形成される。こうした状況のなかでマクスウェルは電磁気に関する相互作用を一貫した理論体系にまとめた。1873年『電磁気学』でマクスウェル方程式を提示、その理論的帰結として、電界、磁界は組みになって空間を伝播(でんぱ)するもので、光はこうした電磁波の一種であると予言した。電磁波の存在は1888年ヘルツによって実験的に確かめられ、マクスウェル理論が実証された。また、アンペールに始まった電気力学はウェーバーらに引き継がれ、ローレンツの電子論を生むに至った。これらは20世紀初頭の相対論や量子論登場の基礎になると同時に、古典電磁気学としてその適用範囲が明確にされた。

［高橋智子］

『オーム社編・刊『電気学入門早わかり』（1980）』

[参照項目] | 静電気 | 電磁波 | 電磁誘導 | 電場 | 誘電体

電気による磁界の発生〔図A〕

ローレンツ力と電磁誘導〔図B〕

抵抗、コンデンサー、インダクタンスの直…

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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