物理/電気と磁気(1) 静電気と電界、電流と磁界

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物理＞ 9章　電気と磁気(1) 静電気と電界、電流と磁界

テレビ、電話、携帯電話、冷蔵庫、パソコン、コピー機。現代社会は電気や磁気を利用した製品に満ちている。この章と次の章では、電気・磁気は何か、どのような性質を持つかについて学ぶ。

参考文献；ウィキブックス（高等学校理科物理II 電気と磁気）

　電磁気現象の根源　

物質をつくっている原子は、原子核と電子から出来ている。詳しいことは１１章で学ぶが、原子核はいくつかの陽子と中性子からできている。電子の個数は陽子と同数である。陽子は正の電荷＋eをもち、電子はこれと同じ大きさで符号が反対の負の電荷－eを持つ。同符号の電荷は互いに反発し、異符号の電荷は互いに引き合う。

陽子と電子の存在により、原子や分子、固体・液体など物体は生成され、電荷、電流、磁石、電磁場、電磁波などの現象が生じる。この章と次章でこれらについて学ぶ。

静電気

この節では、まず、静止した電荷（静電気という）の性質を学ぶ。

電荷

原子は正負等しい電荷をもつので、離れた所から観測すれば、正と負の電荷が打ち消しあっている（電荷をもたない）。したがって、物質は通常は電荷を持たない。物質が電子をいくつか失ったり、獲得すると、物質は電荷を帯びる。帯電するという。したがって全ての電荷はe　の整数倍である。eを電気素量という。

電荷の単位

ウィキペディア（クーロン）

電荷保存の法則

電荷は消滅も生成もしないことが、経験によって確かめられている。これを電荷保存法則という。

ウィキペディア（電荷保存の法則）

摩擦電気

２つの物質をこすりあわせると、このエネルギーで、電子が一方の物質から他方の物質に移動して、前者は正の電荷を帯び、（電荷保存法則より）後者はそれと同じ大きさの負の電荷を帯びる。この帯電した電気を摩擦電気という。

ウィキペディア（摩擦電気）

クーロンの法則

静止した同符号の２つの電荷は互いに反発し、異符号の電荷は互いに引き合う。この力の向きは、２つの電荷を結ぶ直線の方向と一致し、その大きさは２つの電荷の積に比例し、その距離の２乗に反比例する。具体的には、

ウィキペディア（クーロンの法則）

を参照のこと。向きも考慮したベクトル表示にも慣れたおくと良い。電荷 $q_1$ の位置ベクトルを $r_1$ 、電荷 $q_2$ の位置ベクトルを $r_2$ 、電荷 $q_1$ が電荷 $q_2$ から受けるクーロン力を $\mathit{F_1}$ とすると $\mathit{F_1}=\frac{q_1q_2}{4 \pi \varepsilon_0}\frac{1}{|r_1-r_2|^2}\frac{r_1-r_2}{|r_1-r_2|}$ にも慣れたおくと良い。