電気と磁気

・電気
　　プラスとマイナスの電荷がある。
　　プラス電荷の粒子から電気力線が出て、
　　マイナス電荷の粒子へ電気力線が入る。



・同じ電荷同士は反発し、違う電荷同士は引き合う



・磁気
　　Ｎ極とＳ極の磁極がある。
　　Ｎ極から磁力線が出て、
　　Ｓ極へ磁力線が入る。



・同じ磁極同士は反発し、違う磁極同士は引き合う



・電場と磁場
　　・場とは
　　　　・離れた物質同士の力を及ぼす仕組み。
　　　　・物質は場と接することで力を伝える。
　　　　・電気力を伝える場は電場、
　　　　　磁力を伝える場は磁場。
　　　　・場は波動で力を伝える。
　　・力線
　　　　・場で生じる力は力線で記述される。
　　　　・力線は長さを縮めようとし、引力を生じる。
　　　　・隣合う力線は反発する。

・電磁石
　　・導線に電流を流すと、導線の周りに磁力線が発生する。
　　　発生する磁力線の向きは、電流の方向を後ろから見て、
　　　右回り（時計回り）である。
　　　右ねじを右回りに回と先に進むことになぞらえて、
　　　「右ねじの法則」という。
　　・コイルなどの円状の導線に電流を流すと、
　　　磁石のような磁力線が出て、電磁石になる。
　　　磁石、または他のコイルと力を及ぼし合う。



・力の発生
　　・磁石にはさまれた中で導線に電気を流すと導線が動く。
　　・フレミングの左手の法則。
　　　中指、人さし指、親指のそれぞれを直角にして、
　　　中指＝電流の向き、人さし指＝磁力線の向き、
　　　親指＝力の向き
　　・２本の導線に平行に電気を流すと、導線同士がくっつく。
　　　平行の２本の導線に反対方向に電気を流すと、導線同士が反発する。
　　・これらは力線の法則に合うように動く。
　　　　・同じ向きの並列する力線は反発する。
　　　　・同じ向きの直列する力線は引き合う。
　　　　・反対向きの並列する力線は打ち消し合う。
　　・下の図では、分り易くするため、正方形で描いた。



・電磁誘導
　　・電流は磁力線を作るが、磁力線は電流を作らない。
　　　磁力線の変化が電流を作る。
　　・コイルに向けて磁石を動かすと、磁石の磁力線に抵抗するように、
　　　コイルに電気が流れる。
　　・コイルに電圧をかけると、徐々に電流が流れ始め、
　　　電圧をなくすと、徐々に電流がとまる。
　　　発生する磁力線と抵抗する磁力線を自分自身で作ろうとするため。



・磁気スピン
　　・電子などの粒子は磁石的な性質を持つ。スピンという。
　　　スピンは上向きと下向きがある。向きの方向はＳ極に相当する。
　　・β崩壊に出る電子は下向きのみ。
　　　崩壊前の粒子のスピンの向きと逆方向にのみ飛び出す。

・電気と磁気の関係
　　・空間に静止させた電荷qの荷電粒子が、
　　　F=qEで表される力を受けるとき、
　　　ベクトルEを電場と呼ぶ。
　　　荷電粒子が電場から受ける力を、クーロン力という。
　　・速度vで運動する電荷qの荷電粒子が、
　　　F=qv×Bで表される力を受けるとき、
　　　ベクトルBを磁場（磁束密度）と呼ぶ。
　　　荷電粒子が磁場から受ける力をローレンツ力という。
　　　磁場とは運動する荷電粒子に力を及ぼす場と言ってもいい。
　　・荷電粒子が運動しているかしていないかに関わらず、
　　　荷電粒子は電場から力を受ける。
　　・荷電粒子が運動しているときにのみ、
　　　荷電粒子は磁場から力を受ける。
　　・電荷は電場を生む。
　　・電荷の運動は磁場を生む。
　　・磁場の時間的変化は電場を生む。
　　　（電磁誘導の法則）
　　・電場の時間的変化は磁場を生む。
　　　（アンペール・マクスウェルの法則）
　　・電場の起源
　　　　・電荷（固有電場）
　　　　・変動する磁場（誘導電場）
　　・磁場の起源
　　　　・電子のスピン（固有磁場）
　　　　・変動する電場（磁場）

・電気と磁気の相対性
　　・電子同士は反発するが、平行して動く電子同士は引き合う。
　　　電子と同じ速度で動く観測者から見ると単に静止している。
　　　静止している電子同士が引き合うように見えるのか？
　　・アインシュタインの論文「動いている物体の電気力学」では、
　　　電荷に対して静止した観測者から見れば電荷は止まって見え、
　　　動いている観測者から見れば電荷は電流に見える。
　　　静止した観測者からは電場に見えていたものが、
　　　動いている観測者から見れば磁場に見える。
　　　電場と磁場は単に見え方の違いであって、本質的には同じもの。
　　　特殊相対性理論は、物体の動きだけではなく、
　　　電磁気学を含んだものになっている。
　　　電磁気学では電場と磁場が一緒に扱われる。
　　・磁場とは運動する電荷の作る電場の歪みである。