最初は、フィールドの概念は少し抽象的なように見えるかもしれません。 空間を埋め尽くすこの不思議な見えないものとは？ まるで空想科学小説のように聞こえるかもしれません。
しかし、フィールドは実際には単なる数学的構成、または空間のすべての領域にベクトルを割り当てる方法であり、各ポイントでの効果の強さまたは弱さを示します。
電界の定義
質量のある物体が重力場を作るのと同じように、電荷のある物体も電場を作ります。 任意の時点でのフィールドの値は、そこに配置されたときに別のオブジェクトに何が起こるかについての情報を提供します。 重力場の場合、それは別の質量が感じる重力についての情報を提供します。
アン電界は、空間内の各ポイントに、その位置での単位電荷あたりの静電力を示すベクトルを割り当てるベクトル場です。 帯電したものは電界を発生します。
電界に関連するSI単位は、クーロンあたりのニュートン（N / C）です。 そして、点源電荷による電界の大きさQによって与えられます：
E = \ frac {kQ} {r ^ 2}
どこrチャージからの距離ですQとクーロン定数k = 8.99 × 109 Nm2/ C2.
慣例により、電界の方向は、正電荷から離れて負電荷に向かって半径方向を指します。 それについての別の考え方は、正のテスト電荷がそこに置かれた場合に移動する方向を常に指しているということです。
フィールドは単位電荷あたりの力であるため、ポイントテスト電荷にかかる力qフィールドでE単にの製品になりますqそしてE:
F = qE = \ frac {kQq} {r ^ 2}
これは、電気力に関するクーロンの法則によって与えられたのと同じ結果です。
複数のソース電荷または電荷分布による任意のポイントでのフィールドは、個々の電荷によるフィールドのベクトル和です。 たとえば、ソース電荷によって生成されたフィールドの場合Q1与えられたポイントで単独で右に3N / Cであり、ソース電荷によって生成されたフィールドQ2同じポイントで単独で左に2N / Cである場合、両方の電荷によるそのポイントでのフィールドは、右に3 N / C-2 N / C = 1 N / Cになります。
電界線
多くの場合、電界は空間内の実線で表されます。 場のベクトルは任意の点で力線に接しており、これらの線は、場内を自由に移動できる場合に正電荷が移動する経路を示しています。
電界強度または電界強度は、線の間隔で示されます。 力線が接近している場所では力線が強くなり、力線が広がっている場所では力線が弱くなります。 正の点電荷に関連する電界線は、次のようになります。
双極子の力線は、双極子の外側の端にある点電荷の力線に似ていますが、次の点で大きく異なります。
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電界線はこれまでに交差できますか？
この質問に答えるには、力線が交差した場合にどうなるかを考えてください。
前に述べたように、場のベクトルは常に力線に接しています。 2つの力線が交差する場合、交点には2つの異なるフィールドベクトルがあり、それぞれが異なる方向を指します。
しかし、これはできません。 空間の同じポイントに2つの異なるフィールドベクトルを配置することはできません。 これは、この場所に置かれた正電荷が何らかの形で複数の方向に移動することを示唆しています！
したがって、答えはノーです。力線は交差できません。
電界と導体
導体では、電子は自由に動くことができます。 導体の内部に電界が存在する場合、これらの電荷は電気力によって移動します。 それらが移動すると、この料金の再分配がネットフィールドに貢献し始めることに注意してください。
導体内にゼロ以外の電界が存在する限り、電子は移動し続けます。 したがって、内部フィールドをキャンセルするような方法で分散するまで移動します。
同様の理由で、導体にかかる正味の電荷は常に導体の表面にあります。 これは、同様の電荷が反発し、均一かつ遠くに均等に分布するためです。 可能であり、それぞれがそれらの効果が互いに打ち消し合うような方法でネット内部フィールドに貢献します でる。
したがって、静的条件下では、導体内部の電界は常にゼロです。
導体のこの特性により、電気シールド. つまり、導体内の自由電子は常に自分自身を分配するため、 内部のフィールド、次に導電性メッシュ内に含まれるものはすべて外部電気からシールドされます 力。
電界線は常に導体の表面に垂直に出入りすることに注意してください。 これは、電界の平行成分によって表面上の自由電子が移動するためです。これは、その方向に正味の電界がなくなるまで移動します。
電界の例
例1：+6μCの電荷と+4μCの電荷の中間の電界は10cm離れて何ですか？ +2μCのテストチャージはこの場所でどのような力を感じますか？
正の座標系を選択することから始めますバツ-軸は右を指し、+6μCの電荷を原点に置き、+4μCの電荷を原点に置きますバツ= 10cm。 正味の電界は、+6μCの電荷による電界（右向き）と+4μCの電荷による電界（左向き）のベクトル和になります。
E = \ frac {（8.99 \ times 10 ^ 9）（6 \ times 10 ^ {-6}）} {0.05 ^ 2}-\ frac {（8.99 \ times 10 ^ 9）（4 \ times 10 ^ {- 6}）} {0.05 ^ 2} = 7.19 \ times10 ^ 6 \ text {N / C}
+2μCの電荷が感じる電気力は次のようになります。
F = qE =（2 \ times10 ^ {-6}）（7.19 \ times10 ^ 6）= 14.4 \ text {N}
例2：0.3μCの電荷が原点にあり、-0.5μCの電荷がx = 10cmに配置されています。 正味の電界が0になる場所を見つけます。
まず、推論を使用して、それが不可能であると判断できますの間にそれらの間のネットフィールドは常にゼロ以外であり、右を指しているため、2つの電荷。 また、することはできません正しい正味の電界が左側にあり、ゼロ以外であるため、-。5μCの電荷の。 したがって、それはする必要があります左0.3μCの電荷の。
しましょうd=フィールドが0である0.3μC電荷の左側の距離。 でのネットフィールドの式dは：
E =-\ frac {k（0.3 \ text {μC}）} {d ^ 2} + \ frac {k（0.5 \ text {μC}）} {（d + .1）^ 2} = 0
今、あなたは解決しますd、最初にキャンセルすることによってk 's：
-\ frac {0.3 \ text {μC}} {d ^ 2} + \ frac {0.5 \ text {μC}} {（d + .1）^ 2} = 0
次に、乗算して分母を取り除き、単純化して2次方程式を作成します。
5d ^ 2-3（0.1 + d）^ 2 = 2d ^ 2-0.6d-0.03 = 0
二次方程式を解くとd= 0.34メートル。
したがって、正味の電界は、0.3μCの電荷の左側0.34mの位置でゼロになります。