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電場
electric field
量記号E
次元M L T−3 I−1
種類ベクトル
SI単位N/C
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電場の効果によって髪の毛が逆立っている少女。彼女が触れているのはヴァンデグラフ起電機である。
電場(でんば)または電界(でんかい)(英: electric field)は、電荷に力を及ぼす空間の性質の一つ。E の文字を使って表されることが多い。電荷と力の比の値であり単位は[N/C]など。理学系では「電場」、工学系では「電界」ということが多い。また、電束密度と明確に区別するために「電場の強さ」ともいう。時間によって変化しない電場を静電場(せいでんば)または静電界(せいでんかい)とよぶ。
電界強度は電位の勾配に相当し、単位を[V/m]とすることもある。電界強度分布を長さで積分すると電位差|電圧が得られる。例えばアンテナの実効長と平均電界強度との積はアンテナの誘起電圧となる。 空間(自由電子が存在しない空間。絶縁空間)のある点に、正の単位電荷量をもつ電荷(それを試験電荷という)を静止させて置いたとき、その電荷に生じるであろう電磁気的な力を、その点における電場と定義する。 電磁気的な力は電荷量に比例することが実験により知られている。したがって、 位置 r に於いて電荷 q の電荷に働く力を F とすると定義により以下の式が成り立つ。 F = q E ( r ) {\displaystyle {\boldsymbol {F}}=q{\boldsymbol {E}}({\boldsymbol {r}})} なお、電磁ポテンシャルを用いて以下のように表される。 E = − grad ϕ − ∂ A ∂ t {\displaystyle {\boldsymbol {E}}=-\operatorname {grad} \phi -{\frac {\partial {\boldsymbol {A}}}{\partial t}}} (φ:スカラーポテンシャル、A:ベクトルポテンシャル) 電場の定義に用いる試験電荷は, 周囲の電荷を移動させないと考える。 巨視的な大きさをもち周囲の誘電体を押しのけるような荷電物体が受ける力は、誘電体内の電場ではなく電束密度によって決まる。 空間上の位置 r0 に電荷 Q を置く。さらに位置 r に電荷 q を置く。電荷が静止している場合に、電荷 q が電荷 Q から受ける力は、 F = q Q 4 π ε 0 r − r 0 。 r − r 0 。 3 {\displaystyle {\boldsymbol {F}}={\frac {qQ}{4\pi \varepsilon _{0}}}{\frac {{\boldsymbol {r}}-{\boldsymbol {r}}_{0}}{|{\boldsymbol {r}}-{\boldsymbol {r}}_{0}|^{3}}}} となる。これをクーロンの法則という。ここで、 ε 0 {\displaystyle \varepsilon _{0}} は真空の誘電率である。これに電場の定義をあわせて考えると、 E ( r ) = Q 4 π ε 0 r − r 0 。 r − r 0 。 3 {\displaystyle {\boldsymbol {E}}({\boldsymbol {r}})={\frac {Q}{4\pi \varepsilon _{0}}}{\frac {{\boldsymbol {r}}-{\boldsymbol {r}}_{0}}{|{\boldsymbol {r}}-{\boldsymbol {r}}_{0}|^{3}}}} となる。これは電荷 Q が作る静電場である。
定義
電場の満たす方程式
クーロンの法則
マクスウェル方程式
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出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』
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