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電磁気

静電気に関するクーロンの法則

万有引力と電気力(クーロン力)について考えてみます。万有引力の大きさから見ると、電気力(クーロン力)の大きさがどれほど大きいかが分かります。距離が1メートルのプラス1クーロンとマイナス1クーロンの電荷の引力の大きさは、90億ニュートンというものすごく大きいものです。

電界とは

電界(電場ともいう)とは、帯電体のある所に他の帯電体を近づけると、この帯電体にはクーロンの法則の静電力が働きます。この静電力の働く空間のこと電界という。電界は、その点に1クーロンの電荷をおいたと仮定したときに、この電荷に働く力の大きさと方向で表わします。

電束と電気力線

電気力線は、電界の状態を仮想の線を用いて表したものです。電界中に微小な正電荷を置くと、その電荷は電界による力を受けて電界の方向に動きます。このとき電荷が動いた仮想の線(電気力線)を用いて、電界の様子を一種の力線として、図に示すと便利でわかりやすいので、この仮想の線のことを電気力線といいます.

電位とは

電位とは、基準とする地点からの高さを意味します。また、その地点における位置エネルギーということもできます。プラスの電荷は、山の形をしていると考えると頂上の方が、電位が高いということになります。マイナスの電荷は、谷の形をしているので底の方が、電位が低いと考えることができます。

点電荷が作る電界の強さと点電荷に働く力

真空中の点電荷が作る電界の強さは、電荷の大きさに比例し、距離の2乗に反比例します。点電荷からr[m]離れた位置の電界の強さを、すべての点について考えると、半径r[m]の球体のすべての位置の電界の強さになります。

磁気に関するクーロンの法則

クーロンの法則(静電気)の記事で、電荷間についての説明をしました。それと同じことが磁気についてもいえます。ここでは、磁気に関するクーロンの法則を説明します。

電流が作る磁界の強さ

導線に電流が流れると、磁界が発生します。ここでは、直線電流による磁界の強さの公式と円形電流による円の中心の磁界を求める公式を説明します。

円形電流が作る磁界とソレノイドが作る磁界

ひと巻きの円形コイルが円の中心に、作る磁界の大きさを求める公式があります。この公式は円形コイルの中心の磁界の強さだけを求めるものです。また、このコイルがN巻の時は、ひと巻の時のN倍になります。ソレノイドとは、円筒状にコイルをグルグルに巻いたものです。ソレノイドの磁界は、1m当たりの巻数の密度に関係してきます。

ローレンツ力と円運動

磁界の中を電荷が移動すると電荷には力が働きます。この力のことをローレンツ力といいます。ローレンツ力はフレミングの左手の法則で求めることができます。磁界中に電子が突入すると、電子には向心力であるローレンツ力が働き、この向心力が遠心力と釣り合うことで等速円運動をすることになります。