電磁気学と場の概念 電磁気学の導入

こんにちは。Horyです。

力学も終わって、いよいよ電磁気学の分野に入りました。

といってもいきなり電磁気学の理論をやってもしんどいと思うので・・・

今回の記事では力学と電磁気学の違いと場の概念について簡単にまとめようと思います。

「場の概念ってなんやねん？」と思うかもしれませんが、これは大学物理の内容で高校では説明しません。

また、場の概念を真面目に説明すると話が非常に難しくなるので簡単にまとめようと思います。この記事を読む皆さんは「そうなんやー」程度で大丈夫です。

今回も頑張りましょう。

力学と電磁気学の違い

まずは、力学と電磁気学の違いについて説明します。

電磁気学は力学から派生した分野なので根本的な考え方は変わりませんが、力のかかり方に大きな違いがあります。

今は、2物体を物体1と物体2として、物体1から物体2に対して力が及ぼされています。

これを力学と電磁気学で考えると・・・

場とは何かと言われたら「数直線」・「座標平面」・「座標空間」と考えて差し支えないです。

これをまとめて空間と呼びます。つまり、電磁気学では空間が力の仲介人になって物体に力を及ぼしているということです。

ここで、まだ名前を覚えなくていいですし、力の大きさ・向きは別の記事で説明しますが・・・

クーロン力やローレンツ力は電場や磁場がないと発生しません。

電場や磁場は物体が電気を帯びている状態(これを電荷と呼ぶ)でないと発生しません。

そもそも、何故、場の概念を考えなければならないのかという話ですが、効率的だから(都合が良いから_そのやり方で現象を説明できるから)です。

(詳しく説明すると、電磁気の世界は非常に厄介、力学のように、2物体だけというわけでなく、電荷が無数にある場合もある。物体にかかる力を１つ１つ考えてしまうと無限に時間がかかる)。

また、当たり前ですが、電磁気学において、力の仲介人が電場・磁場です。

そして、力は「ベクトル」です。ベクトルとスカラーの違いはこちらの記事でも解説しましたが、電場・磁場はどちらもベクトルです。必ず意識してください。

電磁気学の原理・原則がマクスウェル方程式です。

ただ、マクスウェル方程式は大学内容で高校物理では一切説明しません(悲しい限り)。

マクスウェル方程式は4つの方程式がありますが、これを用いれば電磁気学における全ての事象を説明できることが画期的です。

今回はマクスウェル方程式を式では書きませんが、因果関係を言葉で説明します(これら4つは後に個別で記事に詳しく書きますので、今は因果関係だけ覚えてください)。

以上で説明を終わります。

今回の導入部分もしっかりと理解して電磁気学を正しく理解していきましょう。