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(高校物理) 電場について
etaoinshadalooの回答
ある予備校講師の教え方になりますが、初学者のうちは、電場Eというものには、 次のような二つの定義の仕方があると考えるとよいでしょう。 ・単位電荷（1クーロン）当たりの力：E＝F/q →Fはクーロン力。万有引力と比較すると分かり易いと思います。 クーロン力F＝k_0・Qq/r^2の式(k_0の0は下付きの添え字)で、q＝1のときを基準Eにして、 Fの式を「F＝qE」と「E＝k_0・Q/r^2」に分割したと捉えてもよいでしょう。 ・単位面積（1平方メートル）当たりの電気力線の本数：E＝Q/(ε_0・S) →ε_0の0は下付きの添え字ですが、電荷の量に比例して電場が強くなると考えられるので、 その際に、単位の辻褄を合わせる為の比例定数がε_0です。 ガウスの法則に絡むのですが、それなら、総面積Sを電場E＝k_0・Q/r^2に掛ければ、 電気力線の総本数が求められるのではないかと考え、球面電荷なので、 球の表面積S＝4πr^2を掛けて、ES＝4πk_0・Q[本]となりますが、 その比例定数4πk_0を1/ε_0と置いたわけです。 もう一つ、一様電場内（力学で重力加速度gを一定とみなすのと同じ）では、 ・単位長さあたりの電位（差）：E＝V/d →V＝Edの両辺に電荷qを掛けると、U＝qEdになりますが、F＝qEは力なので、 位置エネルギーU＝mghと対比しているわけです。 コンデンサーの電場に関しては、ここから先程の二つの式を連立して、 Q/(ε_0・S)＝V/d Q＝(ε_0・S/d)V＝CV 比例定数をC≡ε_0・S/dと置いたわけなので、概念自体は共通のはずです。 後半の基本問題は、力学における力の合成の問題において、 その題材の力が、静電気による力になったというだけです。 コンデンサ内の電場が一様になるのは、平行平板に垂直な方向以外の電場の成分が、 力の合成の際に、相殺されるからに他なりません。
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お礼
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