高校物理からはじめる工学部の物理学

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...

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)...

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...

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}...

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...

$1820$ 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...

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...

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{...

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）$V$...