電磁気学

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インダクタンスとは?|コイルに生じる逆起電力と電流の関係

今回は、ファラデーの電磁誘導の法則をコイルに応用した場合に導かれるインダクタンスの概念について説明します。 自己インダクタンスとは? コイルに流れる電流 $I$ の時間変化により生じる誘導起電力(逆起電力) $V$ は、比例係数 $L$ を...
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速度起電力とは?|移動する導体に生じる起電力とモーターの基礎理論

以前、ファラデーの電磁誘導の法則を考え、閉回路が動かず磁束のみが変化する場合では、以下の関係が成立することを説明しました。($\B{E}$ を電場、$\B{B}$ を磁束密度とします) \begin{split}\RM{rot}\B{E}=...
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電磁誘導の法則とは?|誘導電流と磁束の時間変化の関係

エルステッドの実験やアンペールの実験からは、電流が磁場と力の組み合わせを生み出すことが分かります。この関係は逆転させることができ、磁場と力の組み合わせから電流を生み出すことができます。 このように、変化する磁場は電流を生み出します。なお、こ...
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トムソンの実験とは?|比電荷の導出方法とその理論

ローレンツ力を説明した際に明らかにしたように、運動する荷電粒子には電場や磁場から力を受けます。この性質を利用すると電子の質量と電荷素量の比、比電荷を導くことができます。 今回は物理学で重要な定数である、比電荷を実験的に導いたトムソンの実験に...
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ベクトルポテンシャルとは?|磁場のポテンシャルとは?

電場 $\B{E}$ の背後には、電位 $\phi$ というポテンシャルエネルギーが存在しています。すなわち、電場と電位の間には以下の関係が成立します。($\nabla$ はナブラと読みます。この記号についてはこちらで詳しく説明しています)...
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サイクロトロン運動・E×Bドリフトとは?|ローレンツ力による荷電粒子の運動の解析

ローレンツ力を具体的に解いて、サイクロトロン運動とE×Bドリフト(イー・クロス・ビー・ドリフト)と呼ばれる運動の解析を行います。 サイクロトロン運動 サイクロトロン運動:一様で定常な磁束密度の下での、荷電粒子の運動のこと サイクロトロン運動...
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ビオ・サバールの法則とは?|電流が形成する磁場の一般式

ビオとサバールはアンペールの実験をさらに精密に行い、ビオ・サバールの法則を導きました。 ビオ・サバールの法則は、電流がある位置に形成する磁場(磁束密度)を表す法則であり、次のように表されます。 ビオ・サバールの法則とは? 位置 $\B{r}...
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ローレンツ力とは?|電荷が電磁場から受ける力の導出

高校物理でもおなじみのローレンツ力について解説します。高校物理では、$q,v,B$ を電気量、電荷の速さ、磁束密度の大きさとして、ローレンツ力 $f$ が $f=qvB$ とできると学びました。 ここから一歩進んで、電磁気学ではにローレンツ...
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アンペールの法則とは?|定常電流と静磁場の法則

$1820$ 年、エルステッドは導線に電流を流すと、磁石が動画のように振れることを発見しました。 この結果から電流の周囲には磁場が形成されることが分かりました。アンペールはこの結果に対して理論的な考察を行い、以下のアンペールの法則を導きまし...
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磁場・透磁率とは?|磁力の大きさと物質の磁化のしやすさ

電気と似た性質を持つ物理学の対象として磁気があります。磁気を持つものは身近に存在しおり、理科の授業でおなじみの棒磁石やU字型磁石はもちろんのこと、家電製品や電気自動車、果ては地球や太陽も磁気を帯びています。 さて、磁気にも電気と同様、物体ご...