• 締切済み

divB=0での証明過程で分からないことがあります

∫E・ds=-d(∫B・dS)/dt ここで周回Cが時間的に変化しない場合、 -d(∫B・dS)/dt=-∫(ラウンドB/ラウンドt)・dS になる理由が分かりません。教えていただけませんか? E(閉曲線C上の電場ベクトル),ds(閉曲線C上の接線方向の微小ベクトル),B(Cによって囲まれた面積S内を貫く磁束密度ベクトル),dS(Cによって囲まれた微小面積dSの大きさをもつSに垂直なベクトル) です

みんなの回答

  • eatern27
  • ベストアンサー率55% (635/1135)
回答No.1

・微分の定義 ・積分の線型性 ・積分と極限操作が交換できる事(ちゃんとした条件は知りませんが、物理で扱うような素性のいい関数を考える場合なら、極限操作と積分は交換する事ができると考えて大丈夫です) くらいしか使わないので、ご自分で証明して下さい。

関連するQ&A

  • 空間曲線

     一般の媒介変数t を用いて, (t) と表される滑らかな空間曲線がある. 曲線上のt = 0 の点から, 媒介変数の値がt となる点までの弧長をs(t) とする.  この曲線を弧長パラメータで表したとき, 曲線の単位接ベクトルe, 主法線ベクトルn, および従法線ベクトルb は, プライム( ′ ) をs 微分として, 次式で与えられる  e =a' n = e'|e'| b = e ×n .  また, 曲線の曲率κ と捩率τ は, それぞれκ = |e'| , τ = -b' n で与えられる.  (d/dt)s(t) =|(d/dt)a(t)|を図を用いて説明し, e(t) = (d/dt)a(t)/|(d/dt)a(t)|を示せ.  なぜ、e =a' で、e(t) = (d/dt)a(t)/|(d/dt)a(t)| となるのですか? e≠e(t)なんですか?  この問題の答えと詳しい解説をお願いします。

  • 電磁気の質問です(流量)

    E,Sはベクトルです。 ある本に 電場の流量(E・dS)はその面を通り抜ける電気力線の本数を意味する、と書いてありますが、その考え方の過程がわかりません。 ・電気力線に対して垂直な仮想的な面を考える。電気力線の本数÷面積 = 電場の強さ である。 ・しかし、面積が電場と垂直ではないとき、本数÷面積 としても、電場と一致しない。 (電場と面積の法線ベクトルのなす角をθとすると、/E/Scosθが電気力線の本数である) なぜ、面積と電場が垂直でないとき、本数÷面積 としてはいけないのでしょうか? よろしくお願いします。

  • 電気力線と全電束について

    電気力線は電場ベクトルの方向を結んで描いた曲線ですよね、そして、単位面積あたりの電気力線の数を電束密度というんですよね。ここまでは理解できるのですが、そこから、全電束Ψは Ψ=∫s E・dS=∫sE_nds となるのがわかりません。確かに電気力線の数は電束密度に面積をかけたら求められるでしょうが、なぜ電位ベクトルと微小面積との内積を取ればいいのかがいみがわかりません。またなぜ、法線ベクトルを用いてくるのかも意味が理解できません。やさしく教えてください。よろしくお願いします。

  • アンペールの法則の証明が理解できません・・・。

    アンペールの法則∮[c]B_tds=∮[c]B(↑)・ds(↑)=μIの証明について 参考書に書いてあることを写していますので長いですが是非ともこのことを理解したいのでどうかよろしくお願いします・・・。 向きのある閉曲線C'に沿って流れる電流Iを考えて、この電流の作る磁場Bの点Pを通る向きのある閉曲線Cに沿っての接線方向成分B_tの線積分∮[c]B_tdsを計算する。この計算を行う前に点PからΔs(↑)離れた点でのB(↑)と、点Pは固定しておいて電流の方を反対に-Δs動かしたときの点PでのB(↑)は同じであることに注意しておく。 点Pから見た閉曲線C'を縁とする面の立体角をΩとする。なお、閉曲面C'を縁とする面は裏と表のある面でなければならない。向きのある閉曲線C'を縁とする裏と表のある面の裏から表のほうを向いた法線は、C'の向きに右ネジを回すときにねじの進む向きを向いているものとする。立体角には符号があって、面の法線が点Pの側を向いているときは正符号とする。 点Pから閉曲線Cに沿ってΔs(↑)離れた点P'から見た閉曲線C'の立体角をΩ'=Ω+ΔΩとする。立体角Ω'は、閉曲線C'を-Δs(↑)だけ平行移動した閉曲線C''を縁とする面を点Pから見た立体角に等しい。したがって、ΔΩは点Pから-Δs(↑)とΔs'(↑)を2辺とする微小平行四辺形を見た立体角の和である。(図左) 微小平行四辺形の中心を始点とし、点Pを終点とするベクトルをr(↑),r(↑)と微小平行四辺形の法線-Δs(↑)×Δs'(↑)のなす角をθとすると(図右),微小平行四辺形のr(↑)方向への射影面積はΔA=(-Δs(↑)×Δs'(↑))・r(↑)/r ΔA/r^2=(-Δs(↑)×Δs'(↑))・r(↑)/r^3・・・(1)となる。そこで,C'に沿っての微小平行四辺形についての和をとると、閉曲線C'を-Δs(↑)だけ動かしたときの、点Pから閉曲線を見る立体角の変化ΔΩは ΔΩ=-∮[c'](Δs(↑)×ds'(↑))・r(↑)/r^3=-Δs(↑)・∮[c']ds(↑)×r(↑)/r^3・・・(2) ビオ=サバールの法則と比較をして、∮[c]B(↑)・ds(↑)=-μI∮[c]dQ/4πとなる。 ところで右辺の一周積分はゼロではないかと思われるかも知れないが、積分路Cが閉曲線C'と分離しており、電流Iが積分路Cを貫いていない場合には立体角の変化の総和はゼロであり、右辺の積分はゼロであるが、閉曲線C'が積分路Cを貫いている場合には-4πとなる。(立体角は1価関数ではないからである)・・・(3) このように説明が続いていきますが、一つ目の疑問として、なぜ立体角の変化が(2)のように表せるのかということです。 そもそも(1)がよくわかりません、確かに図の円筒の側面積をr方向に射影したら(1)の式が導かれるのはわかりますが、この側面積に意味があるんですか? この側面積を足し合わせたものが立体角の変化量を表すΔΩというイメージが全くつかめません。 図左のほうのC'の底面積を、単位法線ベクトルを用いてr方向に射影してやったものが立体角ですよね?なんで変化量では側面積・・・? なぜ側面積をr方向に射影したものが立体角を表すようになってくるんですか そして最後の(3)の立体角に関する説明の意味が全く理解できません、全球の場合に4π(sr)となるのは知っていますが・・・。 なぜ0にはならないんでしょうか・・・? また0になる場合についても言及されていますが、その意味もよくわかりません・

  • 平面スカラー場の線積分について

     x-y 平面上の領域 D で関数 f(x,y) が定義され、D 内にある平面曲線 C を   x = x(t), y = y(t) (a ≦ t ≦ b) ・・・・・・・ (#0) で表わすとき、この「曲線 C に沿った線積分」を線素   ds = √(dx^2 + dy^2) = √( (dx/dt)^2 + (dy/dt)^2 ) dt を使って   ∫_C f(x,y) ds   = ∫[a,b] f( x(t),y(t) ) √( (dx/dt)^2 + (dy/dt)^2 ) dt ・・・・・・・ (#1) と定義する。  (#1)が「曲線 C に沿ってできる」x-y 平面に垂直なカーテン状の曲面の面積を表すことはわかりやすいのですが、ちょっとわかりにくいのが「曲線 C に沿ってできる x に関する」線積分   ∫_C f(x,y) dx = ∫[a,b] f( x(t),y(t) ) dx/dt dt ・・・・・・・ (#2) の定義です。もし、(#0) の曲線 C の y と x が一対一に対応していたら、(#2) の線積分は (#1) の曲面を x-z 平面に投影した図形の面積を表すと解釈してよいのでしょうか。  ベクトル解析の参考書を2冊持っているのですが、そんな説明はどちらの参考書にもないので心配なのです(笑)。

  • Φ=BScosθ の理由

    物理を一通り学習し 山本義孝氏の 「新物理入門」を   もういちどくわしく読み直している者です  上書に 「磁束の定義」について 「閉曲線Cで囲まれた全面積Sを  その中では磁束密度Bが一定と見てよいくらいに  十分小さい微小面積ΔSiに分割し  その法線ベクトルをni(面に垂直な単位ベクトル)  とする。 このときCを貫く磁束は  次のように定義される。  Φ=Σ(Bi*ni)ΔSi=∫(B*S)ΔS ・・・(1)  磁場が一様(B=定ベクトル)のときは  Bとnのなす角度をθとして  Φ=(B*n)S=│B│*Scosθ   ・・・(2) (注)上のBとnのみ、すべて空間ベクトル 」 という定義があったのですが  このたびの質問は (1)はどうしてそう定義されるのでしょうか? (2)が導かれるために(1)をそう定義したのでしょうか? 定義といっても そこにはなにかしらの理由があると  思うので このたび質問したしだいです  無能な私に  どうぞお力添えを  よろしくお願いします       ペコ m(_ _;m)三(m;_ _)m ペコ

  • 電位の重ね合わせの原理の証明過程での疑問

    現代の物理学(坂間勇著)の電位の重ね合わせの原理の証明で以下の2点が理解できません。p76の図で (1)V(速度)とE(静電場E=E1+E2)が平行でなく描かれていること。 (2)vのE1への射影がv1=dr1/dtと等しく,vのE2への射影がv2=dr2/dtと等しく描かれていること。 (ただし、点S1に正電荷q1が、点S2に正電荷Q2があり、平面上の任意の点をPとし,r1=S1P,r2=S2Pで、E1は正電荷q1の作る電場、E2は正電荷q2の作る正電場、EはE1とE2の合成電場です。) 「疑問に思った理由は、(1)Eは静電場だから粒子に働く力は一定だから、速度Vの方向と電場Eの方向は等しいはず。(2)E1とE2が垂直でない限りありえないから。」ご指導をお願いします。

  • 微小面での電場の面積分について。

    微小面での電場の面積分について。 問題で積分する面を電場に垂直な微小面積と平行な微小面積に分割する場合と電場を面に垂直(法線ベクトルに平行)な成分と面に平行(面から出入りしない)な成分に分ける場合が一致することを証明するというものがあります。(写真参照) 解答では 積分する面を電場に垂直な微小面積と平行な微小面積に分割する場合 →E⋅→n dS = →E⋅→n' dS' + →E⋅→n'' dS'' = Er(QA)dS' = Er(QA)dS cosθ 電場を面に垂直(法線ベクトルに平行)な成分と面に平行(面から出入りしない)な成分に分ける場合 →E⋅→n dS = |→E⊥| dS = Er(QA)cosθdS ** →はベクトルです** となり両者が一致する。 とあるのですがよくわかりません。 (そもそもEr(QA)cosθdS自体がわからないです....) どなたか解説していただけないでしょうか よろしくお願いします。

  • レーザーのエネルギー密度

    1Wの出力のレーザーとは1Jのエネルギーの放出されている。レーザーの断面積が1.0×10^(-9)の時、ポインティングベクトルの大きさはS=1/{1.0×10^(-9)}とあるのですが、何故Sがこうなるのですか?ポインティングベクトルの定義でS=E×Hというベクトル積で表されますが、どうやって上の式になったのでしょうか。 またエネルギー密度u=E/c、磁束密度B=E/cという式が解説に載ってるのですが、これらもどこから導出されたのでしょうか。導出過程が書いてないので教えて欲しいです。それとu=ε_0E^2と書いてあるのですが、u=1/2(ε_0E^2)ではないですか?

  • インダクタンスについて。

    電磁気の授業で相互インダクタンスと自己インダクタンスについての 授業があったのですがよく分からなくなってきたので質問します。 授業の流れはこのような感じです。 (1)まずファラデーの法則 1)φe.m. = -dΦ/dtである。(大丈夫でした) 2)このときΦ=∫s BndSで表される磁束と呼ばれる量である。 3)最終的に   → →    →   → ∫c0 E・ds = -∫∂B/∂t・dS と導出した。 (2)準定常電流について 1)アンペールマクスウェルの方程式にて変位電流∂D/∂tが無視できるなら準定常電流とする。 このときファラデーの法則φe.m. = -dΦ/dtは無視できない。 2) ・コイルC1とコイルC2がある。 ・C2には電流I2が流れている。 ・C2から離れたところにあるC1での磁束をΦ1とする。 ・Φ1はI2のつくる磁場B2によるので  Φ1 ∝ I2  である。よって間の比例定数を  Φ1 = M12 I2 【1】 ここでM12を二つのコイルの幾何的量に依存する比例定数として 相互インダクタンスと呼ぶ。 よってファラデーの法則はφe.m. = -dΦ/dt = -M12 dI2/dtとも表せる 次にいきます。 ・I2が変化するとB2も変化する ・すると磁束Φ1も変化する ・磁束Φ1の変化を打ち消す方向に磁場B'が発生させるように誘導電流I1が発生する。 ・誘導電流I1のつくる磁束Φ1への寄与は当然I1に比例する。よってその比例係数をL1とすると  Φ1 = L1I1 + M12I2 【2】 となる。 ・・・ と続く授業だったのです。 それで疑問になったのですが なぜ一番最初に相互インダクタンスを定義した式【1】には なぜその後にある式【2】では入っている自己インダクタンスは含まれないのでしょうか。 I1が流れていない一瞬について考えたのが【1】なんでしょうか。 混乱しました( ̄Д ̄;; よろしくお願いします。