物理学BI

１学期	第２回 戻る 次へ
参考書	「電磁気学I」 １ 電荷 (１-２６頁) 「物理学の基礎[3]」 ２２ 電荷 （１-１４頁） 「物理学 III」 ２３ 電場 （６４６-６５４頁）

１-１ 電気の発見

琥珀の不思議

1. 動物の毛皮でこすると特別な状態になる  ＜帯電現象＞
2. 歴史  古代ギリシャにさかのぼる
   タレスも知っていたが、理由は分からなかった
3. 類似の現象  ＜磁気＞ ¶ 磁石（古代中国）
4. 科学としての出発  １６００年代から

摩擦との関連

1. １つの考え  「摩擦によってある物質（エレクトロン）が生成」
2. ελεκτρον (ギ：琥珀) ¶ electron   （英：電気/電子）
3. ２種類の電気  「正電気と負電気」

１-２ 摩擦と電気

普遍的な現象

1. 摩擦によって正反対に帯電  「一方が正、他方が負」
2. 擦り合わせる物質の性質の違いで正/負が決まる  ＜帯電列＞ 参照
   ¶ 電気の逃げ場がないようにすると、接触するだけでも帯電

身近にあるさまざまな事例

1. 床と靴との摩擦
2. 自動車と大気の摩擦
3. パイプと絶縁性液体/気体の摩擦

¶ 病院の手術室の床や工場のパイプなど
    ＜導電性を持たせて帯電を防いでいる＞

１-３ 電気の本性

電気を担うもの

1. ２流体説と１流体説（デュフェイ）
   「ガラス電気と樹脂電気」
   ¶ 両者がバランスして電気的に中性となる
2. 現在の説  「電子が負電気、陽子または原子核が正電気」
3. 単位はクーロン（C）  「1Aの電流が流れる点を１秒に通る電荷」
   ¶ MKSA単位系で、1 C=1 A·s （アンペア×秒；組み立て単位）

物質の構成子と電気

1. 電気は物質の構成子と一体； 電気だけ取り出すのは不可能
2. 電荷の謎-その１：電荷の量子化（とびとびの値を持つ）
   • 電気素量  e=1.60210× 10^-19C
   • 電荷は電気素量の整数倍  q=ne;  n=0,± 1,± 2,...
     ¶クォークの電荷  （分数）×e
3. 電荷の謎-その２：電荷の保存
   • フランクリンが提唱した仮説
   • 巨視的な物体間でも素粒子反応でも実証
   • 運動量の保存やエネルギーの保存に並ぶ普遍法則

１-４ クーロンの法則

クーロンによる実験的発見

1. 帯電した小球間に働く力（＜電気力＞）を捩れ秤で測定
   ¶ 捩れ秤は、ロッドの捩れを利用し、微小な力でも精度よく測れる
2. 距離rについての逆２乗法則
   
   
3. ニュートン力学が破綻する量子世界でも、 クーロンの法則はそのまま

逆２乗法則の謎

1. ぴったり逆２乗？
   ウィリアムス他の実験（１９７１）
   
   ¶ 10^-16の精度でOK！
   ¶ クーロンによる実験（１７８５）の精度は4× 10^-2 だった
2. 重力の法則との類似
   
3. 現代の場の理論（ゲージ場理論）で説明

電磁気学のためのベクトル入門１