電磁気学

キルヒホッフの法則とは?|電気回路の重要法則

今回は電気回路を解く際に重宝するキルヒホッフの法則について説明します。さて、キルヒホッフの法則は次のように述べられる法則です。(※伝熱工学で登場するキルヒホッフの法則はこちらで説明しています) キルヒホッフの法則とは? キルヒホッフの第一法...
電磁気学

電力とは?|電力の定義と電流が行う仕事の大きさの導出

電流が単位時間当たりに行う仕事のことを電力と呼びます。なお、電力は次のように与えられます。 電力とは? 電流が単位時間当たりに行う仕事を電力と呼ぶ。電力 $P$ は次のように表される。 \begin{split}P=IV=I^2R=\ff{...
電磁気学

オームの法則とは?|電圧と電流の基本法則

今回はクーロンの法則に並んで電磁気学の最も基本な法則である、オームの法則について説明します。結論から示すと、オームの法則は次のように説明されます。 オームの法則とは? 電気回路に流れる電流 $I$ と電池(直流電源)の電圧(=電位差)$V$...
電磁気学

電流密度と電荷保存則|電磁気学の基本法則と電流の関係

電流は確かに有用な物理量ではありますが、電磁気学では電流をより扱いやすくした電流密度というものを用います。なお、電流密度は次のように定義される物理量です。 電流密度とは? 単位時間当たり、単位断面積を通過する電気量を電流密度 $\B{j}$...
電磁気学

電流とは?|動電気から静電気へ【電流の定義】

今までは、静電気の形成する電場やそれらの性質について説明してきました。今回からは移動する電気つまり、動電気の性質について考えていきます。 動電気の中で最初に定義されるのは、電流という物理量です。電流は次のように定義される物理量です。 電流と...
電磁気学

ミリカンの実験とは?|電荷素量の測定法とその理論

質量に最小量が存在するかは現時点では判明していませんが、電気量については最小量が存在することが知られています。 電気量の最小量のことを電荷素量と呼び、基本的には $e$ で表します。なお、一個の電子または陽子が持つ電気量の大きさは電荷素量と...
電磁気学

電場の屈折の法則|誘電率と屈折角の関係の導出

誘電率の異なる誘電体の境界を電場(または電束密度)が通過するとき、光と同様に電場(または電束密度)は屈折します。 これは、電場の屈折と呼ばれる現象であり、具体的には以下の関係として与えられます。 電場(または電束密度)の屈折の法則 二つの誘...
電磁気学

電束密度とは?|電場の一般化と電束密度のガウスの法則の導出

誘電体が存在すると誘電分極により、誘電体内部の電場の大きさが変化します。このような現象が起きるため、ガウスの法則を単純に適用できない問題があります。 このように誘電体も含む一般の状況に対しては、電場の代わりに次のように定義される電束密度とい...
電磁気学

分極ベクトルとは?|誘電分極のメカニズムと分極電荷

今回は誘電体(=不導体)を電場の中に置いたときに起きる現象である、誘電分極のメカニズムについて考えます。また、この考察を通じて分極ベクトルという物理量の導出を行います。 まずは結論から示します。すなわち、分極ベクトルは次のように定義される物...
電磁気学

誘電率とは?|誘電分極の理論と電気容量の関係

コンデンサーの性能は電気容量というパラメータを用いて表現されます。例として、平行平板コンデンサーの電気容量は平板の面積 $S$ と極板間の間隔 $d$、そして、誘電率により表されます。 そして、誘電率は次のように定義される物理量のことです。...