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電磁場に代表される「場」という概念について教えて下さいm(__)m

A 回答 (6件)

万有引力にせよ、電気力(電荷間の斥力、引力)にせよ、電流と磁気の間の力にせよ、19世紀ごろまでは「瞬時に相互に働く」と考えられていました。



例えば、万有引力は
 F = GMm/r^2
で、宇宙の端と反対側の端との間であっても、遠く離れたものが直接相互作用する。
電気力に関する「クーロンの法則」も、これと全く同じ
 F = kQq/r^2
という形をしています。これも「無限遠」であっても直接相互作用する。
これらを「遠隔作用」と呼びます。

ところが、19世紀のイギリスで活躍したファラデー(1791~1867)は、高等教育を受けていない製本職人でしたが、市民向けの講演会を聞いて科学に興味を持ち、王立研究所の実験助手の職を得ます。そこで化学や電気の実験を手伝いながら「電磁誘導」などを発見します。当時、ファラデーはこれを「電気や磁気の作用が、空間をじわじわと伝わっていく」というイメージで考えました。既存の物理・化学にとらわれない自由な発想ができたのでしょうね。
そして、このイメージは、同じイギリスのマクスウェル(1831~1879)によって「電磁気学」として理論化・体系化されました(ファラデーは高等数学が使えなかったので「イメージ」を提案し、それを高等数学を使ってマクスウェルが理論化した)。そこでは、「じわじわと進む電気・磁気の相互作用」としての電磁波の存在が予測され、「光速」が方程式の中に「定数」として現れていました。
この「じわじわと伝わる」作用を「近接作用」と呼び、それが伝わる媒体を、当初は真空中も満たす「エーテル」という物質と考えました。電気力、磁気力、電磁波などが真空中でも伝わるからです。「光」も電磁波です。

その「エーテル」の存在の否定や、「光速」が定数であることに対して、そして「力学」と「電磁気学」の統一の観点から、アインシュタインの相対性理論などが登場してくることになります。その中で、それまで「遠隔作用」と考えられていた「万有引力」「重力」なども「近接作用」としてとらえられるようになり、それを伝える媒体を「エーテル」に代わって「場」という概念でとらえるようになります。

分かったような分からないような、でも「近接作用」と考える限り「それを介して伝わる」という媒体が必要なので、それを「場」と表現しているのです。

上に書いた「ファラデーとマクスウェル」の話は面白いので、「場」についての理解を深める意味でも、下記の本を読んでみてはいかがですか?
小山 慶太「光と電磁気 ファラデーとマクスウェルが考えたこと~電場とは何か? 磁場とは何か?」(ブルーバックス)
https://www.amazon.co.jp/%E5%85%89%E3%81%A8%E9%9 …
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場というのは空間のように実体はありませんが、あるとした方が便利なある広がりのことです。


 電磁場、重力場、量子場、
すべてエネルギーとかかわっているのが特徴です。

あるところに+の電荷をもった荷電粒子があります。
その荷電粒子の電荷は、離れたもう一つの荷電粒子に影響を与えます。
もう一つの電荷がプラスなら遠ざける力を与えます。
マイナスなら近づける力を与えます。
そのちからが空間全体に広がっています。
”たとえ真空で間に物質がなくても広がります。”
物質を介さなくても伝わる力、つまり空間自体が持っている性質、それに沿って現れる電気エネルギーの性質、具体的な電気エネルギーが現れたときの空間の電気エネルギーに対する性質の分布、
そういうのを表すために考えられたのが”場”です。

量子場になるともはや空間の束縛も離れてしまいます。
量子の世界、ビッグバン以前の時間も空間もない世界の話です。
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ド!素人なのですが,学生のころ(もう何十年も前)に読んだ本で持った印象です。


 確か,何か媒体(電荷とか?電磁気学は単位取れなかったのでごめん)が存在して何かしらの作用をする対象を場と呼んでいるという(もう何十年も前なので,正確ではありませんが)ことで,だから重力場だけが特殊なんだということでした。というのも,重力場だけ媒体(重力子でしたかね?)が見つかってないから。一番身近な重力場だけが特殊ってので印象が深かったものです。この何十年の間に物理学にも変化が大きいので,正確なところは物理専門の方々にお願いします。自分で当時驚いたというだけのことを単に書いておきたかっただけでした。
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「場」というのは電磁気や重力によって特殊な状態になっているということです。


電磁気によって生じる場は電磁場ですし、重力によって生じる場は重力場です。

以前は物体は空間をとびこして直接他の物体に影響を与える(遠隔作用)と考えられていたのですが、今は、最初に物体が周りの空間を特殊な状態(「場」)にしてその場がもう一方の物体に影響を与える(近接作用)と考えられています。

その場が加速度運動(広い意味では減速も回転も含みます)をすればそれに相応した波が生じます。電磁場が加速度運動をすれば電磁波が生じ、重力場が激しく運動をすれば重力波が生じるんですね。
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電磁場 …電界と磁界が満たされる空間、場所。

物理的表現です。
参考
正念場 …決意を示すとき。時間的表現と言えます。
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