電磁気学について

質問

いま大学一年生なのですが、電磁気がわからなくて困っています。
正直大学入試の電磁気の基本が身に付いているともいえないような状況です。力学はそこそこできるのですが、よく物理の基本は力学だと言われたのですがいまいち実感がわきません。
そこで電磁気が得意になるにはどうすればいいのか、力学との共通点などについて教えていただけたら嬉しいです。
＜初心者にもわかりやすく回答してくれたらありがたいです＞

回答No.3

sanori · ベストアンサー

大学時代に、プラズマ核融合の関連で電磁気学を学んだものです。

まず、
電気回路に関する回答が出ていますが、
電磁気学と電気回路工学は似て非なるものです。
友人で電気回路に強く、職業にまでしている奴がいるのですが、
電磁気学の基礎なんて全然知りませんし、微積分の初歩も知りません。
それでも仕事はできちゃうんです。
ただし、電磁気学の本質を知っていれば、
なぜ、電気回路はそのように動作するのか、という疑問に答えることができます。

さて、
力学と電磁気学との共通点は、（これもすでに回答がありますが）
場とポテンシャルです。
電磁気学では重力とは異なり斥力もありますが、符号が替わるだけです。

次に、
電磁気では、電気と磁気とが相互に関係しています。
これは、残念ながら（？）力学とは全然違います。
応用数学の一つである「ベクトル解析」（ｉ、ｊ、ｋという３つの単位ベクトルを使う）が必要になり、
ダイバージェンス（div = 発散）のほかに、ローテーション（rot = 回転）、ナブラ記号（∇）を習得する必要があります。

マクスウェルの４つの方程式で、古典電磁気学は全部記述できます。
これの本質を理解し、応用もできれば、電磁気学の全てを制覇したことになります。
そこが電気磁気学の最もオ面白いところだと、私は思っています。

http://www.geocities.jp/hiroyuki0620785/k4housoku/maxeq.htm

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%82%AF%E3%82%B9%E3%82%A6%E3%82%A7%E3%83%AB%E6%96%B9%E7%A8%8B%E5%BC%8F

お礼

そうですか。今までは力学と電磁気を切り離して考えがちでした。とても参考になりました。回答ありがとうございました。

回答No.2

T-gamma

最初に断っておきますが、大学で本格的に電磁気を勉強していない人間の意見なんで的外れな意見かもしれません。
力学も電磁気学も「微積分を用いて考えれるようになること」「言葉の意味や定義をはっきりと把握すること」が重要かと思います。
例えば
（Ａに対するＢの）位置エネルギーとは
「ＢからＡに移動させるときに保存力のする仕事」
という定義です。
例えば
重力ｍｇのときＢからＡで保存力（重力）のする仕事Ｗは
Ｗ＝∫ｒb→ｒa （-ｍｇ）ｄｒ＝-ｍｇ（ｒa-ｒb）=ｍｇ（ｒb-ｒa）
　＝ｍｇｈ
となり位置エネルギーはｍｇｈとなります。
重力がｒの関数ＧｍＭ/ｒ＾２ときは
Ｗ＝∫ｒb→ｒa（-ＧｍＭ/ｒ＾２）ｄｒ＝ＧｍＭ（１/ｒa－１/ｒb）
　＝-ＧｍＭ/ｒb (ｒa→∞)
ここで電磁気の話ですが、
電場Ｖ：単位電荷辺りの受ける力
電位Ｅ：単位電荷辺りのもつ位置エネルギー
なわけですから、
Ｗ＝∫ｒb→ｒaＥｄｒ
となります。
Ｅが一定であるなら
Ｖ＝Ｗ＝Ｅ（ｒa-ｒb）＝-Ｅｄ
（教科書に載っている式に－は付かないことが多いですが、これはｒ軸の取り方が電場Ｅの向きと等しいか反対かの違いだけです。上記は等しい向きを“正”としただけです）
Ｅがｒの関数ｋｑ/ｒ＾２であるなら、
Ｖ＝Ｗ＝∫ｒb→ｒa（ｋｑ/ｒ＾２）ｄｒ＝－ｋｑ（１/ｒa－１/ｒb）
　＝ｋｑ/ｒb (ｒa→∞)
となります。
さらに厳密にはｒやＥはベクトルなんで内積を用いて考えることが必要になってきます。

ここに挙げたのは電場と電位に関する話だけですが、電磁気学の話（っていうか物理学は）全て微分積分に帰着します。さらにベクトルの考え方も必要になるので、これらのことを踏まえて図書館にある電磁気学の本を読んでみたらどうでしょうか？（最初は初学者向けの本をオススメします）
微積と物理が結びついていないのであるなら、力学で微積との関連を学ぶといいでしょう。夏期休講は長いわけですから有効に使ってくださいね。

お礼

微分ができれば力学も電磁気もエネルギーなどについては方法が同じということですね。参考になりました。力学をもういちど微積を考えながら復習してみます。回答ありがとうございました。

回答No.1

Denkigishi

興味を持たないと得意にならないと思います。今の若い世代の人は生まれた時から電化製品に囲まれて育ったので、テレビもエアコンも使えて当たり前で、不思議だと思わない。でもいろんな知識が付いてくると、うまく出来てるなあ、どういう仕組みになっているのかな、とか考えませんか。僕は小学６年の時に遠いとこから電波がきてラジオが鳴るのが不思議でならず、鉱石ラジオから入門して、中学校時代には真空管のラジオを何台も作り、高校３年間は入試勉強でお休みしましたが、大学１年の夏にはテレビの修理もできるようになっていました。その間、学校で習う電気の基礎的なことは習う前から自然に知っていました。目の前のラジオを何とか鳴らしたいという願望が元になって、電気の多くのことを知ることができました。
興味を持ちさえすれば、どんなことでも理解が出来るようになります。

お礼

そうですか。確かに苦手意識を持っていたのでそれはよくないですよね。これからは大学の実験などをもっと熱心に受けるようにします。
回答ありがとうございました。