電磁気学2020.01.26 2020.10.09 shiderow

電場ってなに？わかりやすく解説

今回は「電場」について学習していきましょう。

本記事では、大学受験で物理を使う人向けに、「電場とは何か？」を、電場に関する例題を交えながら解説します。

苦手意識のある方にもわかりやすいように解説していきますので、最後まで参考にして下さい。

目次

1 電場とは何か？
2 電場に関する例題
3 例題の解答と解説
4 まとめ

電場とは何か？

電場とは、「電気を帯びた物体に電気力を与える空間」を指し、電場の単位は、[N/C][V/m][本/m²]の３つあります。

電場の単位は非常に大切ですが、この記事では[N/C]で解説していきます。

電場の強さと向き

電場に正電荷を置いた時と負電荷を置いた時とでは、作用する静電気力の向きは反対になります。

電場の正の向きは正電荷が静電気力を受ける向きになります。

また、静電気力の大きさも電荷によって異なり、 $+1 \ [C]$ の電荷が受ける力の大きさを電場の強さと決めます。

このように、電場は大きさと向きをもつベクトルです。

従って、複数の電場が生じたとき、その強さと向きは、数学的にベクトルの加法に従います。

電場の単位

電場のある空間に、 $+1 \ [C]$ の電荷を置いた時、その電荷が $E \ [N]$ の力を受けたとします。

同じ点に $+q \ [C]$ の電荷を置くと、その電荷が受ける力 $F \ [N]$ は $E \ [N]$ の $q$ 倍であるから

$\begin{eqnarray*}F=q\times E\end{eqnarray*}$

となります。

よって、先ほど触れたように、電場の単位は[N/C]で表されます。

ポイント

電荷 $q \ [C]$ が電場 $E \ [N/C]$ で受ける静電気力は $F=q\times E \ [N]$

クーロンの法則との関係

ある点Oに点電荷 $+q \ [C]$ を置いたとして、その周りにどのような電場が出来るかを考えます。

点Oから $r \ [m]$ 離れた任意の点Pに $+1 \ [C]$ の電荷を置くと、これに作用する静電気力の大きさが点Pの電場の強さを表します。

この力の大きさを $E \ [N]$ とし、クーロンの法則より、

$\begin{eqnarray*}E=k_{0}\frac{1\times q}{r^2} \ [N]\end{eqnarray*}$

であり、これが電場の大きさになります。

よって、 $+q \ [C]$ の電荷が作る電場は、

$\begin{eqnarray*}E=k_{0}\frac{q}{r^2} \ [N/C]\end{eqnarray*}$

となります。

向きは $+q \ [C]$ の電荷が受ける静電気力と同じ向きになります。

電場に関する例題

問題

空間中の点Aに $3.0\times10^{-8} \ [C]$ の正電荷を置いた。点Aから $r \ [m]$ 離れた点を点Bとする。

点Bでの電場の向きは、A→B、B→Aのどちらか
点Bでの電場の強さを求めよ

例題の解答と解説

電場の向きは、点Bで正電荷の受ける静電気力の向きと同じなので、A→B
電場の式より
$\begin{eqnarray*}E&=&9.0\times10^9\times\frac{3.0\times10^{-8}}{r^2}\\\\&=&\frac{2.7\times10^2}{r^2} \ [N/C]\end{eqcarray*}$
となります。

まとめ

まとめ

電場とは、「電気を帯びた物体に電気力を与える空間」

単位:[N/C][V/m][本/m²]

電荷 $+q \ [C]$ が電場 $E \ [N/C]$ で受ける静電気力は

$F=q\times E$

電荷 $+q \ [C]$ が作る電場の強さは、

$E=k_{0}\frac{q}{r^2}$

電場の考え方は電気分野で応用できるので極めて重要です。

しっかりと解説を読み、きちんと整理して覚え、解けるように何度も反復して練習するようにしましょう。

電磁気学についてさらに詳しく勉強したい方は、こちらのまとめ記事をぜひ参考に↓↓↓

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