はじめに 1 |
本書の見方 4 |
目次 6 |
第1章 電荷と電流 11 |
はじめに 12 |
1 質量と電荷 13 |
万有引力-互いに引き合う力 13 |
静電気力-反発し合ったり引き合ったり 14 |
引力と斥力のバランス-電気的な結びつき 15 |
2 電荷の保存 17 |
電気素量-電気の最も小さい単位 17 |
電荷保存の法則-電荷は不変な量 17 |
3 磁荷はない! 20 |
磁極-N極とS極 20 |
磁荷?-あくまで仮想的なもの 21 |
磁気双極子-どれだけ小さくしても磁石は磁石 21 |
4 電荷の流れ 24 |
電流-電荷の流れ 24 |
電流密度-ベクトル量で考える 25 |
電気的な力と磁気的な力-お互いに関係し合っている 27 |
5 電気力線と磁力線 29 |
試験電荷-電荷自身の影響を小さくする 29 |
電気力線-試験電荷が移動する向き 30 |
磁力線-小磁針の示す向き 31 |
右ネジの法則-磁力線の向きの決め方 32 |
円形電流のまわりの磁場-棒磁石による磁場と似ている 32 |
コイル・円形・直線-グローバルはローカルの集まり 34 |
第2章 荷電粒子が受ける力 37 |
はじめに 38 |
1 ローレンツ力 39 |
ローレンツカ・電場・磁場-まずは基本式から 39 |
“×”の意味-内積?外積? 40 |
電磁場-電場と磁場はまとめて扱う 41 |
2 電場による力 48 |
クーロンカ-2つの電荷の間に働く力 48 |
クーロンカはベクトル量-力の方向も考えよう 50 |
電場の導入-電気的な性質をもつ空間 51 |
重ね合わせの原理-各電場・各磁場の足し算 53 |
電場のまとめ-「場」という考え方 56 |
3 静電ポテンシャル(電位) 60 |
静電ポテンシャル-電荷が電場中を動くときの仕事 60 |
電場E(r)-ポテンシャルΦ(r)がわかっているとき 63 |
静電ポテンシャル-表現の拡張と思え 66 |
4 磁場による力 70 |
ローレンツカの磁場成分-磁力線には沿わない力 70 |
荷電粒子の"らせん運動"-円運動+並進運動 71 |
電流が磁場から受ける力-同じ向きなら寄り添う 81 |
第3章 マックスウェル方程式 87 |
はじめに 88 |
1 4つの方程式 89 |
基本方程式―まずは慣れよう 89 |
2 ガウスの法則 96 |
湧き出しと吸い込み-正電荷と負電荷 96 |
ガウスの法則の積分形-式で考えてみよう 97 |
ガウスの法則の微分形-発散定理を適用 98 |
3 磁場に関するガウスの法則 103 |
磁場の発散はゼロ-磁荷が存在しない 103 |
4 ファラデーの法則 104 |
電磁誘導-起電力が発生する力 104 |
磁場の時間変化-誰にとって? 105 |
磁束-磁力線の束 107 |
誘導起電力-磁場の影響も考える 109 |
ローレンツカによる説明-磁場の変化で生じる起電力 110 |
5 アンペール・マックスウェルの法則 112 |
ビオ・サバールの法則-電流分布がつくる磁場 112 |
アンペールの法則-電流分布と電流密度の関係 117 |
変位電流-これも磁場を発生させます 119 |
6 電場と磁場の変換 : ローレンツ変換 120 |
ローレンツ変換-運動する観測者にとって電場と磁場はどうなる? 120 |
電場と磁場-電磁場の“切り口” 122 |
7 電荷の保存 123 |
電流-電荷は保存される 123 |
電荷密度・電流密度-観測者に依存する 125 |
8 場の方程式について 127 |
ポアッソン方程式-静電ポテンシャルに対する方程式 127 |
境界条件-ポテンシャルが満たすべき条件 128 |
重力場-ポアッソン方程式で求まる 129 |
9 ベクトル・ポテンシャルと磁場 131 |
ベクトル・ポテンシャル-磁場は別のベクトル場で書き表せる 131 |
ベクトル・ポテンシャルを求める-アンペールの法則を用いる 132 |
第4章 電磁波 133 |
はじめに 134 |
1 電磁波の発生 135 |
ヘルツの実験-電磁波の発見 135 |
2 電磁波の伝播 140 |
波動方程式-電場と磁場の波 140 |
波動方程式の解-解の特徴について 142 |
波の伝播-光速で伝わる 144 |
電磁波の性質-今後の学習のために 145 |
3 電磁波の種類 146 |
γ線(ガンマ線)-非常にエネルギーが高い 147 |
X線-物質を透過する 148 |
X線のつくり方-「制動放射」+「輝線」 148 |
紫外線-化学変化を起こさせやすい 149 |
可視光線-目に見える電磁波 150 |
赤外線-物を温めます 151 |
電波(マイクロ波)-携帯電話で使われている 152 |
電波(ラジオ波)-ラジオ・テレビでおなじみ 152 |
4 輻射の発生機構 153 |
黒体輻射(熱的放射)-あらゆる物質から放出される 153 |
シンクロトロン幅射-光速の電子が放つ電磁波 154 |
第5章 電気・磁気と物質 155 |
はじめに 156 |
1 帯電・静電誘導・誘電分極 157 |
導体-よく電気を通す物体 157 |
不導体-電気を通さない物体 158 |
半導体-エネルギーバンド 160 |
2 磁化と磁性体 161 |
強磁性-物質の磁気的性質 161 |
反磁性-逆向きに磁化 162 |
3 オームの法則とジュール熱 163 |
オームの法則-電流の大きさは電圧に比例 163 |
電圧降下-抵抗によって静電ポテンシャルが低くなる 163 |
ジュール熱-電流が流れると発熱する 164 |
ミクロな視点-熱運動=発熱する 164 |
電気抵抗の直列接続-流れる電流が同じ 166 |
電気抵抗の並列接続-電圧は同じ 167 |
4 コンデンサー 168 |
平行板コンデンサー-2枚の金属板で電荷をためる 168 |
静電エネルギー-コンデンサーに蓄えられるエネルギー 169 |
コンデンサーの並列接続-電荷の分配 172 |
コンデンサーの直列接続-蓄える電荷量は同じ 173 |
5 コイル 176 |
自己誘導-磁束の変化を打ち消す 176 |
コイルに蓄えられるエネルギー-磁場のエネルギー 179 |
相互誘導-隣のコイルに影響します 180 |
変圧器-相互誘導を利用する 181 |
6 この章を終えるにあたり 184 |
回路として-まだまだ奥が深い! 184 |
天然のコンデンサー・コイル-身のまわりの電磁気現象 184 |
第6章 身のまわりの電磁気現象 185 |
はじめに 186 |
1 台所・リビングの電磁気現象 187 |
電子レンジ-マイクロ波が水分子を振動させる 187 |
電磁調理器(IH調理器)-熱くならない調理台 189 |
電気コンロ-熱くなる調理台 191 |
電球-効率の悪い照明装置 192 |
蛍光灯-効率の良い照明器具 193 |
スピーカー-電気エネルギーを音エネルギーに変える 193 |
マイク-音エネルギーを電気エネルギーに変える 194 |
2 地球・宇宙の電磁気現象 195 |
地磁気-地球は磁石 195 |
磁気圏-宇宙線から守ってくれている 196 |
オーロラ-太陽がふる里 199 |
プレートテクトニクス-古地磁気からわかること 201 |
パルサー-高速で自転する強大な磁石 202 |
ブラックホール-強重力場による”曲がった時空”領域 204 |
3 生物の電磁気現象 207 |
MRI-磁場と電波で体内を撮影 207 |
感電-濡れていると危険 208 |
あとがき 209 |
さくいん 211 |
本書で使用している物理量と単位 214 |
本書で使用している物理定数 214 |
参考文献 215 |