電磁気学
各単元は独立したページで解説しています。1ページに全単元を詰め込まず、図・式・例題・演習を1単元ずつ学べます。
電磁気学の全16単元
学びたい単元を選んでください。重点単元から順次、図と解法を詳しく改善しています。
- 第1単元クーロンの法則学習する →
点電荷間に働く力は電荷の積に比例し距離の二乗に反比例する。正負で力の向きが変わる。
- 第2単元電場と重ね合わせ学習する →
電場は単位正電荷に働く力。各電荷が作る電場をベクトル和として足す。
- 第3単元電束とガウスの法則学習する →
閉曲面を通る電場の法線成分の総和は、内部の自由な全電荷をε₀で割った量に等しい。対称性が高い系で計算が大きく簡単になる。
- 第4単元電位・電位差学習する →
電位は単位電荷あたりの位置エネルギーでスカラー。電場は電位の空間的な減少方向を向く。
- 第5単元導体・静電平衡学習する →
理想導体の静電平衡では内部電場は0、導体表面は等電位。余剰電荷は表面に分布する。
- 第6単元コンデンサと誘電体学習する →
コンデンサは二つの導体間に電場エネルギーを蓄える。平行板近似では面積が大きいほどCが大きく間隔が広いほど小さい。
- 第7単元ポアソン・ラプラス方程式学習する →
静電ポテンシャルは電荷密度ρがある場所でポアソン方程式、電荷がない領域でラプラス方程式を満たす。境界条件が解を決める。
- 第8単元電流と連続の式学習する →
電荷は勝手に発生・消滅しない。局所的には電流密度の発散と電荷密度の時間変化がつり合う。
- 第9単元ビオ・サバールの法則学習する →
電流が作る磁場を線素ごとに積分する法則。電流要素と観測方向の外積が向きを与える。
- 第10単元アンペールの法則学習する →
定常電流の対称な磁場では閉曲線に沿う磁場の循環から電流を求める。時間変化がある場合は変位電流項も含む。
- 第11単元ローレンツ力学習する →
電場は電荷の速度によらず力を及ぼし、磁場は運動する電荷に速度と磁束密度の外積方向の力を及ぼす。
- 第12単元磁束・ファラデーの電磁誘導学習する →
閉回路を貫く磁束が変化すると起電力が生まれる。負号は磁束変化を打ち消す向き（レンツの法則）を表す。
- 第13単元自己インダクタンス・相互インダクタンス学習する →
電流が作る磁束が電流自身に結合するのが自己インダクタンス、別コイルと結合するのが相互インダクタンス。
- 第14単元マクスウェル方程式学習する →
電磁気現象の基本方程式。電荷、電流、電磁誘導、変位電流を統一し、電磁波の存在を説明する。
- 第15単元電磁波・ポインティングベクトル学習する →
真空中の平面電磁波は電場と磁場が互いに直交し、進行方向にも直交する。エネルギーの流れはポインティングベクトルで表す。
- 第16単元境界条件と反射学習する →
媒質の境界では電場の接線成分などに連続条件が課される。誘電率・透磁率や入射角によって反射・透過が決まる。