「真空中の静電場および静磁場を規定する、それぞれ2つづつの基本法則の内容
を簡潔に説明せよ。」

という問題について是非回答をお願いします。

A 回答 (2件)

どうやらレポート問題みたいですね。

#1さんが数式の回答を与えてくれているので、私はヒントだけ。

「マクスウェルの電磁方程式を物理的に説明せよ」というのがこの問題の趣旨です。(勿論数式も書きくだした上で)それぞれの数式が何を意味しているのか考えてみてください。

最も単純な例、divB=0:本質的にソース(磁荷)が無いので磁場の発散は無い。
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真空中のマックスウェルの方程式のことですね。



静電場
divD=0(電場のクーロンの法則)
rotE+(∂B/∂t)=0(ファラデーの電磁誘導の法則)

静磁場
divB=0(磁場のクーロンの法則)
rotH-+(∂D/∂t)=0(アンペールの法則)

ただし
D=εE
H=B/μ
ε:真空の誘電率
μ:真空の帯磁率

ちょっと自信ないです。
正確に「静」だと時間微分の項はいらないです。
また、真空中とはいいながら、アンペールの法則の右辺は0では
なく電流iにするべきかも。。。
その辺は、出題者が何を意図しているのかによりますが。。。
(私だったら、これから電磁波の式を導かせようと思う。)
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Q数学は苦手だけど、物理は得意って人は存在するの?

物理の参考書を見ると難しい数式で書かれてたりするので、数学が出来なくては物理は出来ないような気がします。
そこで疑問に思ったのですが、数学は苦手だけど物理が得意って人はいるのでしょうか?

Aベストアンサー

>数学は苦手だけど、物理は得意って人は存在するの?

世界中に沢山いると思います.かの相対論で有名なアルバート・アインシュタインも数学は苦手でした.相対論を構成して行く過程で数学の優秀な人に数学を教わったそうです.

物理の参考書に難しい数式が並んでいるのは,ほとんどが,後の人の付け加えです.数式は,物理現象を説明したり,再現性を確かめたりするために後から付け足すものです.

物理学は,数式が始めに有るのではなく,物理現象に対して数式を後から当てはめたものです.

数学が苦手でも物理学は出来ます.想像力と創造力とヒラメキがあればいいのです.それから,情熱と・・・.

物理学は,人間の想像からはじまり,観測し,その物理現象に数式を後から当てはめる作業なのです.

ですから,想像力が始めに無ければ,物理学は始まりません.その次に数学があるのです.

Q静電場と静磁場て何がどう違うんですか?

現在、電磁気の勉強をしているのですが、どうしても静電場と静磁場の、相違点と類似点が分りません。
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どなたか簡単に教えていただけませんでしょうか。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

静電場も静磁場も、力が距離の2乗に反比例するという点は、全く同じです。
(重力もそうです。)

唯一違う点は、電場の元となるプラスあるいは電荷(の粒)は、一人ぼっち(単独)で存在することができますが、磁場の元になる単独の粒は存在しないということです。
どんなにミクロで見ても、NとSとが対になっている姿しか見えず、Nだけ、あるいはSだけという磁気の粒はないのです。
(専門的になるかもしれませんが、下記リンクの式1aがそうです。)
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%82%AF%E3%82%B9%E3%82%A6%E3%82%A7%E3%83%AB%E3%81%AE%E6%96%B9%E7%A8%8B%E5%BC%8F

Q物理を理解するのに日本語は英語より不向ですか?(物理、英語が堪能な人に

物理を理解するのに日本語は英語より不向ですか?(物理、英語が堪能な人に質問です。)
昔、物理の授業中先生に、例として「直線上の一点」という表現、英語なら「above、on」の区別があるが日本語は「上」しかない。物理は日本語より英語の方が理解しやすいと言われました。その時は、なるほどと思ったのですが実際はどうなんでしょうか。

Aベストアンサー

私は30年前にアメリカに渡って今まで物理の研究を生業にして飯を食って来た者です。

日本人ならば日本語に決まっています。ただし、今の世の中、英語でスラスラ読み書き出来ないと物理の専門家になるのは無理でしょう。貴方の昔の先生は何処の国から来た方か存じませんが、日本人なら「直線より上の一点」はaboveに、「直線上の一点」はonにそれぞれ対応していることぐらい誰にでも判ることですね。このように、「より」の一言があるかないかで、何の曖昧さもなしに区別が出来ます。

また、日本人が学問をするのにカタカナはいただけません。外国語を一旦漢字に直すと、その意味は、何となくでも良いという段階も含めるならば、誰にでも判るようになります。例えばエレクトロンじゃあ、その言葉はうちの婆さんには何のことだか見当がつかないが、電子なら多分それが電気に関係がある言葉であることぐらいは判ると言っていました。また、マニフェストじゃ判らんが、公約だったら判るとも言っていました。このように、漢字には表音語にはない意味の透明性があり、その結果、その言葉で意味される概念を専門家達が独占してしまうことを妨げる、大変民主的な利点があるのです。ですから、日本の専門家には外国語で表現されている概念を出来るだけ透明な漢字に直して、知的貴族の出現を許さない民主的な文化を作り上げる義務があるのです。しかし、どうも近年の専門家達はこの義務を履行していないようです。もちろん、訳語には拙劣な訳と透明な訳がありますが、それこそ、どう言う訳をするかで、その専門家の能力が試されているわけです。

また、カタカナ語は完全に元の発音と違っておりますので、それは外国語ではなく立派な日本語であると考えるべきです。カリフォルニア、マクドナルド、ボストン、オースティン、、、どれもこれもそのままでは元の外国人には通じません。私の経験でも、ソリトンとかパーターベーションとか電算機のバグという物理で頻繁につかう専門言葉をアメリカ人の前でカタカナのままに発音して全然通じなかったことを経験しております。ということは、カタカナで書かれた専門用語は、漢字と同じレベルの翻訳語と言うことになります。ところが、これは漢字で書かれていない翻訳語なので、漢字で書かれていない分だけ、その文字をいくら眺めても何を意味するか何の印象も湧いて来ない不透明で拙劣な訳語とみなすべきです。

そのことに関連して、蛇足ですが、哲学者はどうしてそんなにも言葉に対する感覚がないのかと、何時も感心させられております。もう一晩寝れば誰にでもその意味の見当が付くような、もっと透明な命名が出来るはずなのに、当為、定言的命法、仮言的命法、格率、措定、投企、所与、実存、形而上学、止揚、徴表、帰納、演繹、、、あるはあるは。漢字を見ていても何の印象も湧いて来ない。哲学って、そんなに素人に判ってもらっちゃ困る学問なんですかね。そもそも「哲学」と言う漢字を見せられて、それを初めて見た人は何をやる学問であるのか全く見当がつかない。西周とか言う人の造語だそうですが、良くもまあこんなに意味の不透明な造語を作ったものだと感心しております。多分、哲学をやる人間は、どうせ素人を煙に巻くことが生き甲斐で生きている連中だからという理由で、深慮遠謀のある命名法だったのでしょうかね。事実、その後の日本の哲学者達の言葉の命名法は、この西周さんの予想通りになって来たようですから。物理だけは、こんな拙劣な漢字文字やカタカナ文字などの手抜きをした意味不透明な訳語にしないで、誰にでも見ただけで何となくでも良いから見当がつく漢字を使って頂きたいですね。

序でですが、日本語がどれだけ物理を表現するのに適した言葉であるのかの具体的な例として、朝永振一郎の『量子力学』を挙げておきます。昔、この本について私の先生曰く「この本は危険な本である。量子力学は誰にでも出来るような物ではない。ところが、この本を読むと、量子力学が簡単に判ってしまった気になってしまうので、私も物理学者になろうと言う気を起こさせてしまう。それで、日本のどれだけの若者が進むべき道を誤ったことか。」勿論これは冗談ですが、こと程左様に、この本は、日本語が物理学を記述するのにどの国の言葉にも劣っていないことを示す具体的です。したがって、ある物理の本を日本語で読んで良く判らなかったら、それは日本語のせいではなく、その著者の物理の理解の程度の低さのせいであると考えるべきでしょう。

私は30年前にアメリカに渡って今まで物理の研究を生業にして飯を食って来た者です。

日本人ならば日本語に決まっています。ただし、今の世の中、英語でスラスラ読み書き出来ないと物理の専門家になるのは無理でしょう。貴方の昔の先生は何処の国から来た方か存じませんが、日本人なら「直線より上の一点」はaboveに、「直線上の一点」はonにそれぞれ対応していることぐらい誰にでも判ることですね。このように、「より」の一言があるかないかで、何の曖昧さもなしに区別が出来ます。

また、日本人が学問をする...続きを読む

Q真空容器の圧力および真空計の指示値を求めよ

真空装置にArガス「2sccm」を導入、Arに対する排気速度は「300L/s」である。
真空容器の圧力を求めよ。

また、装置の電離真空計の指示値を求めよ。
電離真空計はN2に対し校正しており、Arに対する比感度は1.34である。

(1).1.13x10^-2,8.41x10^-3(Pa)
(2).1.13x10^-2,1.51x10^-2(Pa)
(3).5.63x10^-3,4.20x10^-3(Pa)
(4).5.63x10^-3,7.77x10^-3(Pa)

Aベストアンサー

最も正解に近いのは、(4)である。但し、電離真空計の指示値は少々外れています。

流量 ”1(sccm→standard cc/min)” を 「Pa・Liter/sec」 に換算すると ”1.689(Pa・L/sec)” になります。
なぜなら
1(気圧)→101300(Pa)、
1(cc)→10^-3(Liter)
1(分)→60秒
であるから101300(Pa)×10の-3乗(Liter)/60(sec)=1.689(Pa・L/sec)

また、流量Q(Pa・L/sec)、圧力P(Pa)、排気速度S(L/sec)の間には
Q=P・Sの関係があるから
P=Q/S=2×1.69/300=5.63×10^-3(Pa)となります。
従って、電離真空計の指示値=P×比感度=7.55×10^-3(Pa)となります。

余談ですが、
排気速度Sは厳密にいうとポンプの排気速度ではなく、配管の先にある真空容器での排気速度を用いなければなりません。
ポンプの排気速度をSp、配管のコンダクタンスをC、真空容器での排気速度をScとすると
Sc=Sp×C/(Sp+C)となり、ポンプの排気速度より小さいC/(Sp+C)倍の値になります。

真空容器圧力のポンプ圧力に対する倍率は、逆数である(Sp+C)/C倍になりPc=Pp×(Sp+C)/Cとなります。

流量で見ると、真空容器でもポンプでも等しい値で、Q=Pp・Sp=Pc・Scとなります。

最も正解に近いのは、(4)である。但し、電離真空計の指示値は少々外れています。

流量 ”1(sccm→standard cc/min)” を 「Pa・Liter/sec」 に換算すると ”1.689(Pa・L/sec)” になります。
なぜなら
1(気圧)→101300(Pa)、
1(cc)→10^-3(Liter)
1(分)→60秒
であるから101300(Pa)×10の-3乗(Liter)/60(sec)=1.689(Pa・L/sec)

また、流量Q(Pa・L/sec)、圧力P(P...続きを読む

Q大学受験での物理で、微積を使わないでもいけますか? どういう人が微積物理をやるのでしょうか? 志望学

大学受験での物理で、微積を使わないでもいけますか?
どういう人が微積物理をやるのでしょうか?

志望学部は工学部です。
物理は今のところ参考書で独学で頑張りたいと思っています。

一応数Ⅲをやっているのでそこまで微積が苦手な訳ではないのですが。。。

Aベストアンサー

No. 2 の方の言うとおり、高校の物理では、微積を使わなくてもできることになっていると思いますが、使わないと、いちいちいろんなことを考えて式を立てりしなければなりません。それよりは、微積を使って考える方が簡単だと思います。

今、自分で微積を勉強しているようですから、物理も一緒にやってみれば、微積の意味、必要性などもよく分かって来るかもしれません。

Qどこで間違ったのでしょうか?(静磁場)

 すいません。煮詰まりました。

 Biot-Savart関連で、磁場をHとして、rotH=0を求めようと思いました。H=rotAでベクトルポテンシャルを導入し、

  rot(rotA)=∇(divA)-ΔA=0   (1)

となります。Aに∇φ分の不定性があるのは理解しています(φはスカラー)。それでdivA=0でAを固定し、

  ΔA=0

を、原点について等方的なときに解いて、

  A(r)=-C/|r|  (1)

を得ました。rは位置ベクトルで、Cは定数ベクトルです。検算すると、

    rot(rot(-C/|r))=rot(Cr/|r|^3)=Cdiv(r/|r|^3)=C(3/|r|^3-3|r|^2/|r|^5)=0

となりました。もちろんr=0は除外して考えています。

 そうすると、

  ∇(divA)-ΔA=rot(rotA)=0

なので、ΔA=0から、

  ∇(divA)=0

となって文句ないのですが、Aの具体的な形(1)を使用すると、

  divA=-C・∇(1/|r|)=C・r/|r|^3

となり、とてもdivA=0(または定数)になるとは思えません。「・」は内積を表します。∇(divA)=0?、についても同様です。

 どこで間違ったのでしょうか?

 すいません。煮詰まりました。

 Biot-Savart関連で、磁場をHとして、rotH=0を求めようと思いました。H=rotAでベクトルポテンシャルを導入し、

  rot(rotA)=∇(divA)-ΔA=0   (1)

となります。Aに∇φ分の不定性があるのは理解しています(φはスカラー)。それでdivA=0でAを固定し、

  ΔA=0

を、原点について等方的なときに解いて、

  A(r)=-C/|r|  (1)

を得ました。rは位置ベクトルで、Cは定数ベクトルです。検算すると、

    rot(rot(-C/|r))=rot(Cr/|r|^3)...続きを読む

Aベストアンサー

とりあえず、
>rot(rot(-C/|r))=rot(Cr/|r|^3)=Cdiv(r/|r|^3)=C(3/|r|^3-3|r|^2/|r|^5)=0
この計算は間違えていますね。

ベクトルをC↑のように表すことにすると、
rot(-C↑/|r|)
= -grad(1/|r|) × C↑
= r↑×C↑/|r|^3

よって、
rot(rot(-C↑/|r|))
= rot(r↑×C↑/|r|^3)
= (div(r↑/|r|^3))C↑ - (C↑・grad)(r↑/|r|^3)
= - (C↑・grad)(r↑/|r|^3) (第一項はゼロになるので)
ただし、(C↑・grad)(r↑/|r^3|)は、(C_x ∂/∂x + C_y ∂/∂y + C_z ∂/∂z)(r↑/|r|^3) の意味です。
どの式変形も、一般的に知られているベクトル解析の公式を使えば出ます。

Q高校物理を履修していない人でもできる電磁気の勉強法

理系の学部に通っている大学1年の者です。

10月から電磁気の授業が始まるので、それに備えて今から少し予習しておきたいと思うのですが、どのように勉強すればいいでしょうか。

大学の授業では高校で物理を履修した人と履修していない人で授業が分かれており、私は物理を履修していないので当然履修していない人用の授業を受けるのですが、ついていけるか心配です。

1学期に力学(これも電磁気と同様に物理を履修しているか否かで授業が分かれます)の授業があったのですが全然ついていけませんでした。
(物理を履修していない人用の授業とはいえ、7月には物理履修者用の授業と同レベルのことをやっていたので)


シラバスには
(1)自然界の基本的力と電磁場、ローレンツ力、電荷の保存
(2)静電場
(3)定常電流
(4)定常電流による磁場
(5)時間的に変動する電磁場
(6)変位電流とマクスウェル方程式
などと書いてあります。

とりあえず高校の物理の教科書を読むところから始めようと思っているのですが、他におすすめの勉強方法や参考書がありましたら教えてください。お願いします。

理系の学部に通っている大学1年の者です。

10月から電磁気の授業が始まるので、それに備えて今から少し予習しておきたいと思うのですが、どのように勉強すればいいでしょうか。

大学の授業では高校で物理を履修した人と履修していない人で授業が分かれており、私は物理を履修していないので当然履修していない人用の授業を受けるのですが、ついていけるか心配です。

1学期に力学(これも電磁気と同様に物理を履修しているか否かで授業が分かれます)の授業があったのですが全然ついていけませんでし...続きを読む

Aベストアンサー

岩波書店出版の物理入門コース電磁気学Iをおすすめします。
電磁気学では力学の知識も必要ですが、F=maをある程度使いこなせるなら問題ありません。
講義名は「電磁気学」ですが、最初にやることは恐らく数学です。
具体的には、スカラー積、ベクトル積、ダイバージェンス、グラディエント、ガウス定理などを学ぶはずです。
上記の数学の知識は、電磁気学に於いて必要不可欠なものであり、誰もが苦戦する代物です。
高校の物理の教科書から始めるのも良いですが、落ちこぼれることを防ぐためにも、これらの基礎知識を固めるべきかと思います。
因みに、物理入門コースの電磁気学と演習は、初心者の立場で考えると非常な名著であると言えると思います。
大学の図書館にもあるはずですよ。

Q電磁気で静磁場なんですが・・

静磁場のところで、「磁荷(±q_m)に→Hが働けば、磁気モーメント→p_m(=q_m・l)の磁針は電場における電気双極子と同様に→N=→p_m×→Hのモーメントを受ける。この式を持ってp_mの小磁針に働く→Hを定義することができる。→N=→m×μ_0(→H)となる。次に真空空間の任意の点Pにおける磁場→Hは磁場を乱さないほどに微小な点磁荷q_mをPに静止させたとき、q_mに働くと考えられる→Hで現される。→H=lim(→F)/q_m<q_m→0>
または、微小な→p_mの小磁針に働く→Hとして与えられる。」とあるのですが、なにが言いたいのかがわかりません。とりわけ、limのところでなぜ磁荷を0にしないといけないのか、またベクトル積から→Nの向きは、磁場と磁気モーメントの平面上にはないのになぜ偶力として回転するのか?「次に~」以降からはどこで「次に~」以前の箇所を用いたのか。で、いったい何がいいたいのか。自分の勘違いも入っていると思いますが、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

> limのところでなぜ磁荷を0にしないといけないのか
もとの磁場Hを乱さないためです.

> またベクトル積から→Nの向きは、
> 磁場と磁気モーメントの平面上にはないのになぜ偶力として回転するのか?
回転に関係する量をベクトルとして扱うときは,
軸方向をベクトルの方向に取る約束になっています.
力学の角運動量や力のモーメントでも話は全く同じです.

    y
    │
   <=
    │
    │  ∧
─∥──┼──∥─x
 ∨  │
    │
    =>
    │

例えば,図のような回転運動(あるいは回転させようとする作用)があるとき,
ベクトルでこれを表すにはどうしたらいいでしょうか.
xy 平面上では向きが次々変わっていきますから,ちょっと困ります.
軸は一定ですから,軸方向(z方向)を回転を表すベクトルの方向とするのが
都合がよさそうです.
z軸も正負の方向があります.
これは回転の向きと右ねじ関係になるように選ぶ約束になっています.
上図の場合でしたら,z軸の正の方向です.

> limのところでなぜ磁荷を0にしないといけないのか
もとの磁場Hを乱さないためです.

> またベクトル積から→Nの向きは、
> 磁場と磁気モーメントの平面上にはないのになぜ偶力として回転するのか?
回転に関係する量をベクトルとして扱うときは,
軸方向をベクトルの方向に取る約束になっています.
力学の角運動量や力のモーメントでも話は全く同じです.

    y
    │
   <=
    │
    │  ∧
─∥──┼──∥─x
 ∨  │
    │
    =>
    │

例えば,...続きを読む

Q理系の人へ 物理と生物を選ぶとき生物は受験校があんまりないと言いますが物理を選んだら生物系の大学へ行

理系の人へ
物理と生物を選ぶとき生物は受験校があんまりないと言いますが物理を選んだら生物系の大学へ行くことはできるんですか?
国公立大学の場合

Aベストアンサー

受験できるか出来ないか、ということで言うと、大学によっては、少なくともセンター試験の段階では可能なケースはあり得るでしょう。センターの段階では、選択科目はやや拡げておく場合もありますから。
 一方、各大学の個別試験の段階では、その大学・学部・学科で入学後に必要となる科目を課すのが普通ですから、生物系の大学・学部・学科では、入試科目として生物が必須になっている可能性は高いと思います。ただし、生物系の学科なら、理科を、生物・物理・化学から選択、としている可能性もあります。
 ですから、大学による、としか言いようがありません。

 もっとも、受験の制度上は、高校の時に生物を履修していなくても、生物系の学部・学科の志願(=受験)自体は可能です。合格するかどうかは別問題ですが。

 それよりも・・・
 理系では、学部・学科(専攻)によって内容が全く異なります。そのため、入学後、主に必要となる理系科目も、物理系・化学系・生物系の学科で異なりますし、同じ物理系学科でも、土木建築系・機械系・電気電子情報系で違います。
 理系を志望する場合、その志望の分野(≒学科・専攻)によって、選択する科目はほぼ自動的に決まってしまいます。つまり、本来なら、ご質問のようなことは、あり得ない、ということになります。

受験できるか出来ないか、ということで言うと、大学によっては、少なくともセンター試験の段階では可能なケースはあり得るでしょう。センターの段階では、選択科目はやや拡げておく場合もありますから。
 一方、各大学の個別試験の段階では、その大学・学部・学科で入学後に必要となる科目を課すのが普通ですから、生物系の大学・学部・学科では、入試科目として生物が必須になっている可能性は高いと思います。ただし、生物系の学科なら、理科を、生物・物理・化学から選択、としている可能性もあります。
 で...続きを読む

Q静電磁場とは光が静止した状態ですか?

光(電磁波)は電場と磁場が空間を伝わり移動することです、

とするなら、光の元である静電場や静磁場とは、光が空間で静止した状態ではないのでしょうか?

Aベストアンサー

  電磁波は仰る通り、波長が可視である光がそれに含まれることで明白ですが、古典的には波として、場の量子論としては光子としても扱え、特殊相対論で明らかなように、常に秒速30万kmの速さです。

 電磁場は、ある条件で電磁波を作り出せますが、電磁場を作る源である電荷(電子など)が加速度運動をしていなければ、電磁波はでません。電磁場と電磁波は、関連性はありますが別物です。

 電磁波は波で光子、電磁場は空間が電磁的に歪んだ状態です。電磁場を作るのは電荷(電子など)であって、光を含む電磁波ではありません。

 電場と磁場に分けて考えても同じで、磁場のない電場(普通、電荷が観測者に対して静止ならそうなる)は上記同様で、電場のない磁場は、観測者に対して静止などの条件下で、永久磁石などによって作れます。


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