「電界」(「電場」)について

　この記事では、「電界」(電場)の概念について解説したいと思います。「電界」と「電圧」とは、似た概念なので混同しがちです。(「電圧」(電位差)について)の記事で、「電圧」(電位)についても、説明していますので、こちらの記事も参考にして下さい。

電界、電場の概念

電界、電場 :

電荷に作用して、力を生じさせる「場」という物理量の概念です。クーロンの法則から導出されます(電界と電場は基本的に同じ概念ですが、電界は主に工学の分野で、電場は主に物理学の分野で使用されます)。

クーロンの法則 : 空間内に2つの電荷が存在した場合、それぞれの電荷には電荷量の積に比例し、距離の2乗に反比例する。電荷の極性が同種の場合は、電荷間に反発力が、異種の場合は吸引力が働く。

電界の導出:

電界とは:

空間内に電荷が存在するとき、その電荷量との積に比例した力を発生させる「場」という物理量が存在する。それが「電解」又は「電場」である。

「場」の定義：

「場」とは物理量が場所ごとに定義されている空間です。場には、「スカラ場」と「ベクトル場」があります。

k:クーロン定数

k = 8.987551787X10 ⁹ [N・m²/C²]≒8.9876X10⁹≒9.0 X 10⁹

これは光速度(299,792,458 m/s)の2乗に10 ^-7をかけたものとほぼ同じ値と考えてもらっていいとおもいます。

(3 X 10 ⁸) X (3 X 10 ⁸) X 10 ^-7 = 9 X 10⁹

ε0 :真空の誘電率

ε₀ = 8.854187817 X 10 ^-12 F/m

電界(電場)の単位は、1C(クーロン)当たりに働く力(N)ですから、N/Cになります。

電界(電場)の単位にはもう一つ　V/m　がありますが、変換すればどちらも物理的には同じ意味になります。

つまり、電界の単位は下記のようになります。

電界の意味は前述したように、「1C(クーロン)当たりの電荷働く力」ですが、特に[V/m]は電界のもう一つの意味、「1m当たりの電圧変化」=「電位の勾配」を示しています。

前述した電界の意味を図示してみました。

特に(2)の長さがd[m]の導体を電界中に置いた場合に、d・E[V]の電圧が発生する現象はアンテナの原理を説明しています。

[コラム]ある一定の電界が存在する場合のイメージ:

(1)遠方にある巨大な電荷による作用　　　　　　　　　　　　(2)巨大なキャパシタンス内の作用

電界(電場)の概念と重力場の概念は大変似ているので、重力場についても見てみましょう。

重力場:

質量に作用して、力を生じさせる「場」という物理量の概念です。万有引力の法則から導出されます。

万有引力の法則:

2つの質量を持った物体が存在した場合、その2つの質量の積に比例し、2つの質量の距離の2乗で割った数値に比例する力が、引力としてその2つの質量に作用する。