電気系大学生の自習室

電磁波・ポインティングベクトル

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。

現象から理解する:何が起こり、なぜ起こる?

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。

現象を表す公式・定義

c=1μ0ε0,S=E×H\displaystyle c=\frac1{\sqrt{\mu_0\varepsilon_0}},\quad\mathbf S=\mathbf E\times\mathbf H

この単元は内容確認中です。以下の式は学習の出発点であり、公式を適用できる条件を例題・教科書などで確認してください。

考え方の出発点:Eがx方向、Hがy方向ならS=E×Hはz方向。

検討すべき条件:媒質の損失や分散があると単純な真空平面波と異なる。

現象を図で理解する

電磁波・ポインティングベクトル:概念の図+E(r) ∝ 1/r²
概念:電場ベクトルの向きと距離を表す模式図。理解のための模式図であり、設問条件の厳密な作図ではありません。

模式図は法則を理解するための補助です。実際に代入する数値や条件は、公式と問題文で確認してください。

式が成り立つ理由・導出の流れ

冒頭に示した公式を使う前に、問題が要求する量と単位を整理しましょう。成立条件が不明なときに式だけを暗記して代入しないことが大切です。

よくあるミス・検算の観点

  • 媒質の損失や分散があると単純な真空平面波と異なる。

単位、符号、初期条件、ベクトルの向きを最後に確認しましょう。

例題1(基本)|何を求めるかから始める

電磁波・ポインティングベクトル:例題の図+E(r) ∝ 1/r²
例題の見方:電場ベクトルの向きと距離を表す模式図。理解のための模式図であり、設問条件の厳密な作図ではありません。
なぜその法則を使う? 計算の順序と検算

Eがx方向、Hがy方向ならS=E×Hはz方向。

媒質の損失や分散があると単純な真空平面波と異なる。

演習問題(基本・標準・発展)

基本から段階的に考えるオリジナル問題です。内容確認中の単元には共通の復習問題も残しています。

電磁波・ポインティングベクトル:演習の図−E(r) ∝ 1/r²
演習の考え方:電場ベクトルの向きと距離を表す模式図。理解のための模式図であり、設問条件の厳密な作図ではありません。
基本 1

真空平面波でEがy方向、Hがz方向なら伝搬方向は。

解答・解説を開く

右手系でy×z=xよりx方向。

基本 2

公式・定義「c=1/√(μ₀ε₀)、S=E×H」を、単元の用語を使って言葉で説明しよう。

解答・解説を開く

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。

基本 3

例題の計算・推論の手順を、模範解説を閉じて再現しよう。

解答・解説を開く

Eがx方向、Hがy方向ならS=E×Hはz方向。

標準 1

なぜこの考え方が使えるのか、前提となる条件や注意点を述べよう。

解答・解説を開く

媒質の損失や分散があると単純な真空平面波と異なる。

標準 2

公式と例題を使い、結果がどの量に依存するか説明しよう。

解答・解説を開く

Eがx方向、Hがy方向ならS=E×Hはz方向。 見通し: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。

発展・記述 1

別の設定へ応用する際、元の条件を外した場合に検討すべき点を挙げよう。

解答・解説を開く

媒質の損失や分散があると単純な真空平面波と異なる。 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。

問題に添えた図は考えるための模式図です。数値や関係を判断するときは必ず問題文の条件を優先してください。

この単元の学習を記録する

例題・演習を終えたら記録しましょう。結果はこのブラウザにのみ保存され、ログインや外部送信は不要です。

未完了

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