電磁気学

 電磁気学は電気や磁気について学問です。電気はパソコンや電灯など私たちの身の回りでなくてはならない存在です。また、電磁気学を身につけておくと、回路を設計したりできるのでとても便利です。電磁気学ではベクトルの微積分であるベクトル解析の知識が必要です。ベクトル解析についての知識がない人は勉強しておくといいでしょう。

クーロン力

 電磁気学のはじめにクーロン力について説明します。引力の話と似ているので、それほど難しい話ではないと思います。

電場

 クーロンの法則により、電荷のもつ質点の間で力が生じることがわかりました。このクーロン力は遠隔ではたらくので不思議の思えた方もいたのではないでしょうか?マクスウェルもこれを奇妙に思い、「場(ば)」という概念を導入しました。

平面電荷分布がつくる電場

 前回、電場について説明しました。今回は電場の計算例として、平面に一様な電荷がある場合の電場を計算します。平面電荷の議論は電子回路における基本的な部品であるコンデンサー(蓄電器)で使用するため大切です。積分の知識が必要なので、積分を学んでいない方はまず積分の勉強をしておきましょう。

電位

力学でエネルギーを扱うことにより計算が簡単になる問題が多くありました。 そこで、ここでは電場のエネルギーを計算できるようにします。 電場のエネルギーを計算できれば、エネルギー保存則でエネルギーのやり取りを計算できるようになります。

点電荷のつくる電場の電位

前回、電位について解説しました。 電位を知ることで、エネルギー保存則が使えてとても便利になります。 今回は点電荷がつくる電場の電位を計算します。

電場と電位の関係

 電場から電位を計算できることがわかりました。ここでは、電位から電場を計算できるようにします。

ガウスの法則

 クーロン力から、電荷によって電場が作られることがわかりました。このクーロンの法則を一般化するとガウスの法則が導かれます。今回は、このガウスの法則について紹介します。

コンデンサー

 コンデンサーは二つの金属の板を絶縁体で挟んだ素子となっています。今回はコンデンサーの解析を行います。コンデンサーは電荷をためる機能があり、電子回路でよく使用される重要な素子です。

コンデンサーにたまるエネルギー

前回、コンデンサーに電池で電位Vをかけると電荷が Q=CV と計算できることを学びました。 今回は、コンデンサーにためるエネルギーを計算します。

コンデンサーにおける板間の力

 コンデンサーを充電すると、片方にプラスの電荷がたまり、もう片方にマイナスの電荷がたまります。よって、これらの板の間には吸引力がはたらきます。今回はこの引き寄せる力を計算しましょう。