電気と磁気の関係

電気と磁気は独立した自然現象ですが、それらが相互作用すると電磁力と呼ばれる力を発生させ、さまざまな自然現象の研究における基本的な物理学分野である電磁気学を構成します。重力とともに、電磁気力は日常生活の巨視的な現象を説明します。たとえば、分子や化合物を形成するための原子間の相互作用に関与しています。自然の他の基本的な力は、放射性崩壊と原子核の形成を支配する核力 、弱いものと強いものです。

電気と磁気は私たちの周りの世界を理解するための基本的な現象です。それぞれの基本的な説明を以下に示します。

電気

電気は、静止電荷または移動電荷に由来する現象です。これらの電荷は、素粒子、電子 (負電荷を持つ)、陽子 (正電荷を持つ)、イオン、または正電荷と負電荷の不均衡を持つ任意の物体に関連付けることができ、正味と負電荷のバランスが崩れています。電荷。正電荷と負電荷は互いに引き合います (たとえば、陽子は電子に引き寄せられます) が、同じ符号の電荷は互いに反発します (たとえば、陽子は他の陽子を反発し、電子は他の電子を反発します)。 

日常生活で目にする電気の例としては、嵐のときに発生する雷、コンセントやバッテリーからの電流、静電気などがあります。国際的な SI 単位系で定義されている電気に関する主なパラメータの単位は、電流を表すアンペア ( A )、電荷を表すクーロン ( C )、電位差を表すボルト ( V )、電気抵抗はオームまたはオーム ( Ω )、電力はワット ( W ) です。静止点電荷は電場を生成しますが、電荷が動いている場合は磁場も生成します。

磁気

磁気は、電荷の移動によって生じる物理現象として定義されます。一方、磁場は電流を発生させることによって荷電粒子の動きを誘導することができます。電磁波 (たとえば光など) には、電場成分と磁場成分があります。電磁波は横波です。波の 2 つの成分は同じ方向に進行しますが、それらの電気成分と磁気成分は波の方向に対して垂直に、また互いに垂直に向けられます。

電気のように、磁気は物体間に引力と反発を生み出します。電気現象は正電荷と負電荷の存在に基づいていますが、磁気単極子は知られていません。任意の粒子または物体によって生成される磁場には 2 つの引力の極があり、1 つは北極と呼ばれ、もう 1 つは南極と呼ばれ、それらを地球の磁場の方向に同化させます。磁石によって生成される磁場の同極は互いに反発し (たとえば、N 極は N 極を反発します)、反対の極は互いに引き合います (N 極と S 極は互いに引き合います)。

磁気のよく知られた例としては、コンパスの針と地球の磁場との位置合わせ、磁石の引力と反発、電磁石の周囲で観察される磁場などがあります。移動中の各電荷は磁場を生成するため、原子核の周りを周回する原子の電子は磁場を生成します。電流に関連する電子の移動も、導線の周囲に磁場を生成します。コンピュータ データ ストレージのハード ドライブやスピーカーも磁場を使用して動作します。国際的な SI 単位系で定義されている、磁気に関連するいくつかの主要なパラメーターの単位は、テスラ ( T)、磁束密度は Weber ( Wb )、インダクタンスは Henry ( H ) です。

電磁気

電磁気学という言葉は、ギリシア語で琥珀を意味するelektronと 磁性を帯びた鉄鉱石であるマグネシウム石を意味するmagnetis lithosを合わせた造語です 。古代ギリシャでは、彼らは電気と磁気に精通していましたが、それらは別の現象であると考えていました。

電磁気学の理論的基礎は、ジェームズ・クラーク・マクスウェルが著書「 電気と磁気に関する論文」で明らかにしました。) 1873 年に出版された論文で、マクスウェルは電磁気学の数学的構造を 20 の方程式で明らかにし、偏導関数を使用して 4 つの方程式に凝縮しました。マクスウェルの理論は、実験的証拠によって裏付けられました。電荷に関して、彼は等しい電荷が互いに反発し、異なる電荷が互いに引き合うことを観察しました。電荷間の引力または反発力は、電荷間の距離の 2 乗に反比例します。磁極に関しては、それらは常に南北のペアとして存在します。同様に、極は互いに反発し、極とは異なり、引き合います。

電気と磁気の関係に関するマクスウェルの理論を裏付けた実験的証拠には、2 つの要素があります。最初の観察では、導体内を循環する電流がケーブルの周囲に磁場を生成することが確立されています。磁場の方向は、時計回りから反時計回りまで、電流の方向によって異なります。これは、右手の法則で決定できます。親指を電流の方向に向けて右手をワイヤに理想的に巻き付けると、磁場の方向は他の指の方向に従います。一方、磁場内でループまたはループの形をした閉じた導電体の動きは、ワイヤに電流を誘導します。電流の方向は、移動の方向によって異なります。

ソース

• ハント、ブルース J. (2005)。 マクスウェル派。コーネル：コーネル大学出版局。165 および 166 ページ。ISBN 978-0-8014-8234-2。
• 国際純粋応用化学連合 (1993)。 Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry、第 2 版、オックスフォード: Blackwell Science。ISBN 0-632-03583-8。14ページと15ページ。
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). 応用電磁気学の基礎 (第 6 版)。ボストン: プレンティス ホール。13ページ。ISBN 978-0-13-213931-1。