つベクトルを 電 流 密 度 と 定 義 する 普 通 は j で 表 す 即 ち j = I である また V L は 高 校 で 習 ったとおり 電 場 ( 電 界 )の 大 きさである 電 場 のベクトルを E とすると 以 上 のことから j=σe が 成 り 立 つ(これをオームの 法 則

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1 独 自 試 験 対 策 - 要 点 整 理 項 電 磁 気 学 作 成 者 : 山 中 最 終 更 新 日 10/6 参 考 文 献 電 磁 気 学 入 門 阿 部 龍 蔵 著 サイエンス 社 電 磁 気 学 砂 川 重 信 著 岩 波 書 店 このシケプリに 関 する 注 意 内 容 は 知 識 を 使 う 人 つまり 工 学 部 系 の 人 むきです つまり これをつくっている 人 が 内 容 を 完 全 には 理 解 していない( 線 積 分 って まだやってないし OTL )ので 証 明 で 簡 単 じ ゃないと 思 ったところとかはほとんど 触 れていません 理 物 にいきたい 人 等 には 役 に 立 た ないと 思 います 悪 しからず あと この 注 意 を 書 いている 時 点 ではまだ 書 いていません が 学 期 が 始 まってからこのシケプリを 見 た 人 は 一 回 数 学 ⅠB のシケプリを 見 て 線 積 分 等 を 学 習 すべきかもしれません 高 校 既 習 内 容 は 気 が 向 いたら 書 いて 向 かなかったら 書 きま せん 9/4 基 本 的 に 毎 日 更 新 する 予 定 です 1 電 流 1.1 電 流 のキャリヤー 語 句 ( 高 校 レベルと 思 われるものは 省 きます オレが 忘 れていたものは 入 れています ) 荷 電 粒 子 ( 電 荷 ) 電 気 をもつ 粒 子 電 流 のキャリヤー 電 気 を 運 ぶもの 電 子 正 孔 (p 型 半 導 体 ) 等 1 クーロン 1A の 電 流 が 流 れているとき 単 位 時 間 当 たりに 導 線 の 断 面 を 通 過 する 電 気 量 電 気 素 量 ( 素 電 荷 ) 電 子 ひとつあたりの 電 気 量 の 絶 対 値 1.2 オームの 法 則 まんま 高 校 レベルなので 省 く 1.3 電 気 密 度 電 気 伝 導 率 定 義 は 抵 抗 率 の 逆 数 単 位 はΩ 1 m 1 だが m 1 とかいて (=Ω 1 )をジーメンスと いう 普 通 はσで 表 す σの 大 きい 物 質 の 方 がより 電 気 が 流 れやすい 電 流 密 度 オームの 法 則 はV = ρ L Iで 表 されるが これを 変 形 すると I = V である ρl 電 流 と 同 じ 向 き 方 向 をもち 流 れと 垂 直 な 平 面 内 の 単 位 面 積 当 たりの 電 流 の 大 きさをも

2 つベクトルを 電 流 密 度 と 定 義 する 普 通 は j で 表 す 即 ち j = I である また V L は 高 校 で 習 ったとおり 電 場 ( 電 界 )の 大 きさである 電 場 のベクトルを E とすると 以 上 のことから j=σe が 成 り 立 つ(これをオームの 法 則 ということもある) 電 場 中 の 電 荷 が 受 ける 力 は 高 校 で 既 習 なので 省 略 する 1.4 電 力 とジュール 熱 電 力 の 定 義 は 高 校 と 同 じ ちなみに 交 流 の 電 力 はV t = V 0 sin ωt I t = I 0 sin ωtと 表 すと です (T=2π/ω) P = 1 T T V 0 I 0 sin 2 ωt dt 0 電 流 実 効 値 電 圧 実 効 値 も 省 きます 忘 れた 人 は 各 自 調 べてください 9/5 1.5 直 流 回 路 キルヒホッフの 法 則 を 忘 れた 人 は 調 べてください ホイートストンブリッジも 忘 れた 人 は 調 べてください 線 形 代 数 を 習 った 今 ならあのやや こしい 一 次 連 立 方 程 式 も 行 列 式 を 使 って 簡 単 に 表 すことができる というだけです 定 常 電 流 電 流 が 時 間 に 依 存 しないとき その 電 流 のこと 2 電 荷 と 電 場 2.1 クーロンの 法 則 上 の 法 則 自 体 は 高 校 レベルの 話 で 帯 電 正 負 の 電 気 を 帯 びること 電 荷 帯 電 した 物 体 の 電 気 量 摩 擦 電 気 摩 擦 によって 生 じる 電 気 F = 1 4πε 0 qq r 2 ( 但 しε 0 は 真 空 の 誘 電 率 でε 0 = 107 4πc 2) 点 電 荷 大 きさの 無 視 できる 点 状 の 電 荷 2.2 電 場 電 場 を 考 えるとき 微 小 電 荷 δqを 電 場 中 に 置 いたと 考 えて 電 場 は 置 く 前 と 置 いた 後 では 電 場 は 変 わらない などと 考 える このときのδqを 試 電 荷 という ベクトル 場 空 間 の 各 点 である 種 のベクトルが 決 まっているときの 空 間 のこと 9/6

3 2.3 ガウスの 法 則 証 明 は 省 く 内 部 に 電 荷 q がある 閉 曲 面 において E n を 面 に 垂 直 な 電 場 成 分 d を 微 小 面 積 とすると ε 0 E n d = q これを 使 えばいろいろできます 高 校 レベルの 話 です 3 電 位 と 導 体 3.1 電 位 電 位 の 定 義 一 般 に 位 置 ベクトル r の 関 数 V(r)があり 電 場 E の x,y,z 成 分 が E x = V x E y = V y E z = V z であたえられるとき V を 電 位 又 は 静 電 ポテンシャルという つまり である (f = Uを 思 い 出 して 欲 しい ) 電 位 の 不 定 性 E = V 電 位 は 上 式 が 満 たされればよい つまり 電 位 は 積 分 定 数 が 残 る つまり 基 準 が 必 要 だと いうこと 9/7 ラプラス 方 程 式 電 位 V は V = q 1 4πε 0 r r で 与 えられるが ラプラシアン = 2 x y z 2を 導 入 すると V = 0 が 計 算 によりわかる この 式 をラプラス 方 程 式 と 呼 ぶ 3.2 電 位 と 仕 事 等 電 位 面 等 しい 電 位 の 点 を 結 んだ 面 3.3 導 体 静 電 誘 導 導 体 の 電 子 が 内 部 の 電 場 を 0 にするまで 動 く 現 象 ( 高 校 既 出 ) 誘 導 電 荷 静 電 誘 導 で 動 いた 電 荷

4 導 体 表 面 の 電 場 E = ς ただしσは 電 荷 の 面 密 度 ϵ 0 静 電 遮 蔽 これも 高 校 で 既 出 導 体 で 囲 った 空 間 には そこに 電 荷 がなければ 電 場 はな い ということ 3.4 コンデンサー 別 名 蓄 電 気 キャパシター 高 校 既 出 用 語 は 省 く 9/8 3.5 鏡 像 法 境 界 条 件 構 造 化 学 と 同 様 境 界 での 条 件 導 体 の 電 位 は 一 様 等 点 電 荷 と 導 体 平 面 z 0がすべて 導 体 の 場 合 を 考 える (0,0,d)に 点 電 荷 q が 置 かれているとする z>0 中 の 点 P における 電 位 を 求 めることにする 導 体 表 面 の 電 位 は 一 定 なのでここを 基 準 にとる (0,0,-d)に 電 荷 -q があると 仮 想 する この 電 荷 を 鏡 像 電 荷 という 点 P と q,-q の 電 荷 それぞ れとの 距 離 を r,r とすると 点 P での 電 位 V は V = q 1 4πε 0 r 1 r である (ここで 境 界 条 件 が 満 たされている) 第 二 項 は r 0 なのでラプラス 方 程 式 を 満 たす このようにして 電 位 を 求 める 方 法 を 鏡 像 法 という 4 誘 電 体 4.1 誘 電 分 極 高 校 既 出 このときでてくる 電 荷 を 分 極 電 荷 という 絶 縁 体 が 誘 電 分 極 を 起 こすので 絶 縁 体 のことを 誘 電 体 ということもある 4.2 電 気 双 極 子 例 えば HCl なら 誘 電 分 極 は H が 正 Cl が 負 の 電 荷 をもつ このように わずかに 離 れた 正 負 二 つの 点 電 荷 ±q を 導 入 し このような 一 組 の 電 荷 のペアを 電 気 双 極 子 という また 電 荷 間 の 距 離 を l として p=ql で 定 義 される p の 大 きさをもち かつ 負 電 荷 から 正 電 荷 へむか うベクトルを 電 気 双 極 子 モーメント p と 定 義 する この 双 極 子 の 中 心 を 原 点 とした 位 置 ベクトル r をとると r での 電 位 は V = p r 4πε 0 r 3 電 場 は E r = 1 3r p r 4πε 0 r3 r 2 p

5 と 表 せる 尚 モーメントは 通 常 のベクトルのように 扱 える 9/9 4.3 分 極 電 荷 と 電 気 分 極 この 電 気 双 極 子 をつかって 誘 電 分 極 を 考 えようとする わかりやすいように 双 極 子 モー メントの 向 きを 高 さにとり 双 極 子 を 定 面 積 高 さ l 電 荷 の 面 密 度 ς であるとする す ると 個 々の p について p = l ς 向 きはみな 同 じなので 誘 電 分 極 を 起 こしている 高 さ l 定 面 積 の 箱 の 双 極 子 モーメント の 大 きさはlς となる ここで P = p 単 位 体 積 あたり とすると P = ς である このPを 電 気 分 極 または 分 極 ベクトルという この P を 使 えば 先 の 誘 電 体 は 上 面 下 面 に 面 密 度 P の 分 極 電 荷 が 生 じている と 言 い 換 えられる ( 分 極 電 荷 にたいして 本 物 の 電 荷 を 真 電 荷 と 呼 ぶ ) 尚 ここでは 表 面 が 電 場 と 並 行 または 直 交 とい う 特 殊 な 場 合 を 考 えたが 任 意 の 誘 導 体 表 面 に 対 してその 微 小 表 面 ( 平 面 に 近 似 )の 法 線 が 電 場 と 成 す 角 をθとすればその 地 点 での 面 密 度 が Pcosθと 表 せるのは 明 らか 一 般 の 場 合 一 般 に p は 一 様 ではない その 場 合 を 考 えるのだが 証 明 は 省 く 位 置 r での 双 極 子 モー メントを P とする(P は r の 関 数 ) である V R = 1 4πε 0 P n R r d 1 4πε 0 上 式 から 誘 電 体 が 外 部 につくる 電 場 はその 表 面 にある 面 密 度 の 分 極 電 荷 と 電 荷 密 度 の 分 極 電 荷 からつくられることがわかる 使 った 道 具 を 紹 介 しておく 語 句 の 定 義 ς = P n ρ = divp V divp R r d A のことを diva と 書 いたり A と 書 き A の 発 散 といい また A のことを rota と かき A の 回 転 という ガウスの 定 理 閉 曲 面 がありこの 閉 曲 面 内 の 領 域 V で 体 積 積 分 した V divaを 考 えると

6 V divadv = A n d が 成 り 立 つ ただし 左 辺 は 体 積 右 辺 は 表 面 に 関 する 積 分 A n はその 点 での A の 表 面 垂 直 方 向 成 分 ( 曲 面 方 向 から 出 る 方 向 が 正 方 向 )を 表 す ストークスの 定 理 C A ds = n rotad らしい 線 積 分 の 定 義 は 数 学 Ⅰでもみてください 4.4 誘 電 率 と 電 束 密 度 誘 電 率 の 定 義 は 高 校 既 出 なので 省 きます 電 束 密 度 並 行 板 コンデンサーの 極 板 上 の 電 荷 面 密 度 をς 0 とすればε 0 E = ς 0 が 成 り 立 つ 誘 電 体 を 挿 入 した 場 合 の 真 の 電 荷 密 度 をς 分 極 電 荷 をς とする すると 次 式 が 成 り 立 つ ε 0 E = ς ς が 得 られる よってε 0 E + P = ςが 成 り 立 つ これをベクトル 的 に 拡 張 して D = ε 0 E + P というベクトルを 導 入 する このベクトルを 電 束 密 度 という 通 常 P は E に 比 例 するので これをP = χ e ε 0 Eと 表 し χ e をその 誘 電 体 の 電 気 感 受 率 という 真 空 ではχ e = 0 その 他 で はχ e > 0である これを 使 えばD = ε χ e Eが 得 られる ε = ε χ e とおけばこのεが その 誘 電 体 の 誘 電 率 である これよりD = εe εe = ςが 導 かれる 電 束 密 度 の 様 子 は 電 束 線 で 表 される 誘 電 体 が 存 在 するときのガウスの 法 則 閉 曲 面 を 考 え さらにその が 誘 電 体 を 一 部 貫 く 場 合 を 考 える ε 0 E n d = ( の 中 にある 電 荷 の 和 ) を 使 う この 電 荷 のうち 誘 電 体 によるものは によって 切 断 されたものだけである の 表 面 で d という 微 小 面 積 をとるとこのような 電 荷 は 一 般 に D の 外 向 き 法 線 方 向 の 単 位 ベクトルを n として P n dと 書 ける よって これを 元 の 式 と 似 せて 書 くと の 中 にある 電 荷 の 内 誘 電 体 によるもの = D n d = の 中 にある 真 の 電 荷 の 和 P n d ε E n d = ( の 中 にある 真 の 電 荷 の 和 )

7 となる 真 電 荷 の 電 荷 密 度 をρ 閉 曲 面 内 の 領 域 を V とすれば D n d = ρvとかける また V ガウスの 定 理 より 電 場 に 対 する 境 界 条 件 導 出 は 省 きます V divddv divd = ρ = D n d 二 つの 誘 電 体 がありそれぞれの 誘 電 率 境 界 面 での 境 界 に 垂 直 な 電 場 成 分 平 行 な 電 場 成 分 をε 1, ε 2, E 1n, E 2n, E 1t, E 2t とすると ε 1 E 1n = ε 2 E 2n かつE 1t = E 2t が 満 たされる これは 例 えば 光 の 屈 折 を 考 えるとすんなりいくかもしれません 9/10 最 近 証 明 が 難 しく 本 当 に 省 略 していいのかわからなくなってきました いや しかし 線 積 分 まで 入 ってきてこんなの 試 験 に 出 るわけない と 信 じているので まぁ 理 物 に 行 き たい 人 なら 自 習 しているでしょうし 大 丈 夫 かな という 心 境 です あと これは 全 教 科 にいえることですが 演 習 書 はすべきです で 今 回 は 夏 休 み たるものがなく 駒 場 祭 もあるので 相 当 いい 計 画 を 立 てねば 試 験 前 に 焦 ることになると 思 います おそらく 正 月 休 みがポイントとなると 思 いますが そのころまでには 問 題 集 一 冊 くらい 挙 げてポイント 集 たるものを 作 成 しようと 思 っています 4.5 電 場 のエネルギー 電 場 のエネルギー 電 場 が 蓄 えているエネルギー 例 えばコンデンサーが 蓄 えているエネ ルギーは 1 2 CV2 でした おぼえていますか? 電 場 のエネルギー 密 度 まんま 電 場 のエネルギーをそのエネルギーが 蓄 えられている 体 積 でわれば 良 い コンデンサーなら 誘 電 率 をεとすれば 1 2 εe2 = E D である ここでは E D ともに 一 定 の 場 合 を 考 えているが E D が 位 置 によって 変 わる 場 合 の 電 場 のエネルギー 密 度 は と 表 される 電 場 のエネルギーと 力 V E D 2 dv コンデンサーの 電 場 のエネルギーだが これは 極 版 間 の 距 離 x で 変 わる つまりコンデン サーの 電 場 エネルギーはポテンシャルエネルギーとなる よってそれを x で 偏 微 分 すれば x で 極 板 に 働 く 力 が 求 められる 2

8 5 静 磁 場 時 間 的 に 変 化 しない 磁 場 のこと 5.1 磁 石 と 磁 場 磁 極 N 極 や 極 のこと 磁 荷 N 極 に 正 の 磁 荷 極 に 負 の 磁 荷 が 存 在 すると 考 える すると 電 荷 の 式 の 様 々な 公 式 が 流 用 できる 力 F = 1 q m q m 4πμ 0 r 2 ただしq m は 磁 荷 を 示 し μ 0 = 4π 10 7 N/A 2 とする また 磁 荷 の 単 位 を Wb とし Wb=J/A である μ 0 を 真 空 の 透 磁 率 という 磁 場 F=q m H となるとき この H を 磁 場 の 強 さ 磁 場 という 単 位 は A/m である 磁 力 線 電 気 力 線 のようなもの r の 点 に 磁 荷 q m があるとき 場 所 r における H 磁 位 r での 磁 位 をV m (r)とすれば である よって また ガウスの 法 則 5.2 磁 気 双 極 子 と 磁 荷 μ 0 まだしばらく 流 用 が 続 きます q m H = 4πμ 0 r r r r 3 H = V m (r) V m r = B H ds A q m 1 4πμ 0 r r = V m A V m (B) H n d = ( の 中 にある 磁 荷 の 和 ) 磁 気 双 極 子 いままで 磁 荷 を 考 えてきたが 真 電 荷 にあたるものはない すべて 双 極 子 で ある 磁 気 モーメント

9 m=q m l で 定 義 される m の 大 きさをもち 負 から 正 への 向 きをもつベクトル m を 磁 気 モー メントという 単 位 は Wb m である 原 点 に 双 極 子 があるときの 磁 位 は また 流 用 して 磁 場 は 磁 気 モーメントの 微 視 的 な 意 味 ここから 新 しいです H = V = m r 4πμ 0 r 3 1 3r m r 4πμ 0 r3 r 2 量 子 力 学 によると 電 子 などの 粒 子 のスピンに 伴 い 磁 気 モーメントが 生 じる これはその 粒 子 に 特 有 である 例 えば 電 子 の 場 合 その 磁 気 モーメントを 記 述 する 定 数 としてボーア 磁 子 があり これは m B = eh 4πm m である ボーア 磁 子 を 用 いると 磁 気 モーメントの 大 きさは となる 磁 場 中 の 磁 気 双 極 子 m = μ 0 m B 電 場 のところでいっていなかったが U = p Eであるので 流 用 するとU = m Hである 磁 化 これも 流 用 M = m 単 位 体 積 あたり で 定 義 する M を 磁 化 または 磁 気 分 極 という ただし M/μ 0 を 磁 化 と 定 義 することもある 電 気 分 極 と 同 様 分 極 磁 荷 の 面 密 度 ς m は ς m = M n (Mの 表 面 に 対 する 法 線 方 向 成 分 ) である 一 般 的 には 磁 性 体 が 外 部 につくる 磁 場 はその 表 面 にある 面 密 度 の 分 極 磁 荷 と 磁 性 体 内 の 磁 荷 密 度 ρ = divmの 分 極 磁 荷 からつくられる 磁 性 体 の 種 類 大 部 分 の 物 質 では 外 部 から 磁 場 を 作 用 させないと 磁 化 は 0 で 磁 場 が 十 分 小 さいとき M = χ m μ 0 H と 書 き χ m をその 物 質 の 磁 化 率 あるいは 磁 気 感 受 率 という χ m は 正 の 値 も 負 の 値 もとる 正 の 物 質 を 常 磁 性 体 負 の 物 質 を 反 磁 性 体 という 外 部 から 磁 場 をかけなくても 磁 化 が 自 然 に 発 生 しているような 物 質 を 強 磁 性 体 といい そ の 磁 化 を 自 発 磁 化 という

10 強 磁 性 体 の 場 合 M はそれまでにどんな H をかけたかに 依 存 する このような 現 象 をヒステ リシスという 図 を 見 てほしい O A B という 場 合 を 考 える まず T を 大 きくしていく A での M の 値 は 飽 和 (これ 以 上 T を 大 きくしても M は 大 きくならない)である ここから T を 下 げると H=0 でも M は 0 でない この 磁 化 を 残 留 磁 化 という これは 自 発 磁 化 にあたる M=0 にするためには Hc をかけなければいけない この H を 保 磁 力 という さらに H を 負 の 方 向 に 大 きくしていく と 負 の 方 向 に 飽 和 する この 過 程 で 描 かれる 曲 線 をヒステリシス 曲 線 という 9/11 反 磁 場 永 久 磁 石 の 内 部 では H が M と 逆 向 きになり M を 打 ち 消 す 向 きに 働 く この 磁 場 を 反 磁 場 という ヒステリシス 曲 線 で 述 べた H は 外 部 の 磁 場 とこの 反 磁 場 を 加 えたものである M の 方 向 に z 軸 をとり 反 磁 場 の z 成 分 Hz を H Z = NM/μ 0 と 表 したとき 比 例 定 数 N を 反 磁 場 係 数 という これは 一 様 に 磁 気 分 極 を 起 こしている 球 の 場 合 1/3 z 軸 方 向 に 十 分 長 い 棒 の 場 合 磁 気 分 極 は 無 視 できるので 0 になる 例 ) ヒステリシス 曲 線 と 反 磁 場 係 数 が 与 えられたとき 自 発 磁 化 を 求 めたい 自 発 磁 化 は H=0 のときの 磁 化 である しかしヒステリシス 曲 線 の H は 反 磁 場 加 えたもので ある よって 両 者 の 交 点 こそ 自 発 磁 化 である

11 5.3 磁 束 密 度 電 束 密 度 の 拡 張 版 次 の 式 が 成 り 立 つ B = μ 0 H + M B は 磁 束 密 度 で D にあたる 単 位 は N/A m でこれをテスラ T という 1 ガウス=10-4 T と いう 単 位 がよく 使 われる 透 磁 率 μ = 1 + χ m μ 0 で 定 義 されるミューのこと 1 + χ m を 比 透 磁 率 という これを 用 いるとB = μhとなる 磁 性 体 に 対 するガウスの 法 則 B は 電 気 の D に 対 応 する 量 であるが 磁 気 の 場 合 真 電 荷 に 相 当 するものがない このた め B n d = の 中 にある 真 の 電 荷 の 和 というガウスの 法 則 が 成 り 立 つ 磁 力 線 に 相 当 し 磁 束 密 度 の 様 子 を 記 述 する 線 を 磁 束 線 という 磁 束 線 の 場 合 は 磁 力 線 のように 吸 い 込 み 口 湧 き 出 し 口 はない また divb = 0 が 成 り 立 つ 磁 場 に 対 する 境 界 条 件 電 場 と 同 様 にB 1n = B 2n かつH 1t = H 2t ただし 後 者 の 式 は 磁 場 が 電 流 から 生 じる 場 合 には 磁 位 が 存 在 しないため 成 り 立 たない 5.4 電 流 と 磁 場 電 流 が 磁 場 から 受 ける 力 磁 場 中 の 導 線 に 電 流 I を 流 すと 導 線 の 微 小 部 分 ds( 向 きは 電 流 の 向 き)が 受 ける 力 のベクト ルは F = I ds B である ローレンツ 力

12 導 出 は 省 く 電 場 を E とすると となる この 力 をローレンツ 力 という サイクロトロン 運 動 高 校 既 出 だがポイントと 用 語 だけ F = q v B F = q E + v B z 軸 方 向 を 向 く 一 様 な 磁 束 密 度 B の 中 にある 質 量 m 電 荷 q の 荷 電 粒 子 の 運 動 xy 平 面 方 向 の 初 速 度 成 分 をv 0 としω c = qb/m(サイクロトロン 角 振 動 数 )とすると xy 平 面 方 向 では 半 径 v 0 /ω c の 円 運 動 を 行 うというもの ビオ サバールの 法 則 位 置 r で r にある 導 線 の 微 小 部 分 ds が 作 る 磁 場 dhは dh = I ds r r 4π r r 3 である ビオ サバールの 法 則 という もし 考 える 空 間 中 に 磁 性 体 があると 電 流 による 磁 場 のため 磁 性 体 は 磁 化 され この 磁 性 体 も 磁 場 を 生 じる したがって 一 般 的 には 磁 場 は 電 流 によるものと 磁 性 体 によるものとの 和 として 表 される 直 線 電 流 の 作 る 磁 場 無 限 につづく 直 線 導 線 に 電 流 I が 流 れているとき そこから 距 離 r だけ 離 れた 点 での 磁 場 は 先 の 微 小 量 を 積 分 して I/2πr だとわかる 平 行 電 流 間 の 力 それぞれにI 1, I 2 の 電 流 が 流 れている 距 離 r の 平 行 導 線 にかかる 力 は である 小 さな 長 方 形 回 路 の 作 る 磁 場 F = μ 0I 1, I 2 2πr xy 平 面 上 に 中 心 が 原 点 で 面 積 が4ab(= )の 長 方 形 型 の 導 線 があり 上 から 見 て 正 の 向 きに 電 流 I が 流 れているとすると 座 標 (x,y,z)での 磁 場 Hは と 表 される H = I 4π r r 2 3 3xz, 3yz r 2, 3z2 r 2 1 9/ アンペールの 法 則 電 流 と 磁 気 モーメント

13 上 式 と 既 出 の 式 H = 1 3r m r 4πμ 0 r3 r 2 m で m が z 成 分 のみのベクトルとしたときの 式 は m = μ 0 IΔとおけば 完 全 一 致 する 既 出 の 式 での m の 方 向 は 長 方 形 のもので 電 流 の 向 きに 右 ネジを 回 すときそのネジの 進 む 方 向 に 一 致 する 一 般 に ある 曲 面 状 に 向 きの 決 まった 閉 曲 面 があるとし その 向 きに 右 ネジを 回 したときそのネジの 進 む 向 きを 曲 面 の 向 きと 呼 ぶ また 曲 面 に 表 と 裏 があるときには 裏 から 表 へ 向 かう 向 きを 曲 面 の 向 きとする ある 平 面 上 で 面 積 の 長 方 形 に 沿 い 電 流 が 流 れているとき この 面 に 垂 直 で 上 記 の 向 きを もつ 単 位 ベクトルを n とすると 電 流 の 作 る 磁 場 は 先 の 議 論 より m = μ 0 InΔ の 磁 場 と 一 致 する (m の 意 味 いえますか?いえない 人 は 以 後 の 理 解 のためにも 尐 し 復 習 し た 方 がいいかもしれません) ここで 電 流 I が 流 れている 閉 曲 線 C があるとし 磁 場 H と 電 流 との 関 係 を 考 察 する その ため C を 縁 とする 任 意 の 曲 面 をとる 証 明 はそこまでレベル 高 くないですが 省 きます 磁 場 はなんかボヤっとしていたので 任 意 の 点 P におけるその 電 流 による 磁 位 V m P は P か ら を 見 込 む 立 体 角 をΩ P として ( 立 体 角 の 参 照 と 書 ける アンペールの 法 則 V m P = I 4π Ω P ある 向 き 付 き 閉 曲 線 C を 考 える C からみて C の 裏 から 表 へ 電 流 I が C を 貫 通 している 場 合 C H ds = I が 成 り 立 つ 当 然 表 から 裏 なら I の 符 号 は 反 転 する 貫 通 しなかったら である ソレノイドの 作 る 磁 場 C H ds = 0 導 線 を 円 筒 面 に 沿 いらせん 状 んい 一 様 かつ 密 に 巻 いたコイルをソレノイドという は 有 名 5.6 磁 化 電 流 とアンペールの 法 則 H = ni 磁 性 体 の 存 在 を 電 流 に 置 き 換 えようという 試 みが 磁 化 電 流 である 磁 化 電 流 I m は 次 のよう に 表 される

14 ただし M は ds での 磁 化 である I m = アンペールの 法 則 の 両 辺 にμ 0 をかけると C M ds μ 0 B = μ 0 H + Mを 使 って C B ds = μ 0 I + I m = μ 0 I + M ds C となる C H ds = I 6 時 間 変 化 する 電 磁 場 電 磁 場 = 電 場 + 磁 場 6.1 電 磁 誘 導 とファラデーの 法 則 電 磁 誘 導 高 校 既 習 なので 省 く レンツの 法 則 電 磁 誘 導 によって 流 れる 電 流 の 向 きは その 電 流 の 作 る 磁 場 が 誘 導 の 原 因 となっている 磁 場 の 変 化 に 逆 らうように 生 じること 誘 電 起 電 力 電 磁 誘 導 によって 生 じる 起 電 力 誘 導 起 電 力 とローレンツ 力 略 磁 束 コイルに 発 生 する 誘 電 起 電 力 と 磁 場 との 関 係 を 定 量 的 に 表 す 法 則 がファラデーの 法 則 であ る これを 説 明 するために 磁 束 を 導 入 する 向 きをもつ 任 意 の 閉 曲 線 C があるとし C を 縁 とする 任 意 の 曲 面 を 考 え の 裏 から 表 へと 向 かう 法 線 方 向 の 単 位 ベクトルを n とする 磁 束 密 度 B の n 方 向 の 成 分 をB n とすれば B n = B nがなりたつ このとき 次 の 表 面 積 分 Φ = B n d で 定 義 されるΦを 導 入 し 曲 面 を 貫 く 磁 束 という 磁 束 の 単 位 は Wb である 9/23 ファラデーの 法 則

15 上 図 の(a)または(b)で 矢 印 に 沿 い C を 一 周 する 線 積 分 V = C E ds を 考 え この V を 誘 導 起 電 力 と 定 義 する V とΦの 時 間 変 化 との 間 に V = dϕ dt の 関 係 があるというのがファラデーの 法 則 である これは 次 のようにも 書 ける 交 流 発 電 機 の 原 理 高 校 既 習 磁 束 の 性 質 C E ds = d dt B n d 磁 束 Φは 曲 面 の 取 り 方 に 依 存 しそうだがそうではない 証 明 は 省 く 6.2 相 互 誘 導 と 自 己 誘 導 相 互 誘 導 上 図 のようにコイルC 1 に 電 流 I 1 が 流 れているとする コイルC 2 を 通 る 磁 場 はこの 電 流 に 比 例 する よって 磁 束 も 電 流 に 比 例 するのでそれをϕ 2 = M 21 I 1 と 表 す こうするとI 1 が 時 間 変 化 するときコイルC 2 にはファラデーの 法 則 より 次 の 起 電 力 が 起 こる V 2 = dϕ 2 dt = M di 1 21 dt この 現 象 を 相 互 誘 導 といい 定 数 M 21 をコイル 1 からコイル 2 への 相 互 インダクタンスとい う ここでM 21 と 書 いたがこれがC 2 に 電 流 が 流 れていてC 1 に 起 電 力 が 起 こるときも 同 じ 定 数 になる これを 相 反 定 理 という この 定 理 の 一 般 的 な 証 明 は 難 しすぎる

16 自 己 誘 導 先 程 の 図 をみて 明 らかなようにI 1 から 起 きる 磁 束 線 はC 1 自 身 も 貫 いている これによる 磁 束 をϕ 1 とすると ϕ 1 = L 1 I 1 と 書 ける よって 自 分 自 身 にも 起 電 力 が 起 こる この 現 象 を 自 己 誘 導 といい 比 例 定 数 L 1 を 自 己 インダクタンス または 単 純 にインダクタンスという 自 己 インダクタンスは 次 のよ うな 図 で 表 す よって 誘 導 電 流 のところで 挙 げた 図 における 磁 束 は 最 終 的 にはそれぞれ となる インダクタンスの 単 位 V s/a だが とくに H(ヘンリー)という 変 圧 器 の 原 理 高 校 既 習 結 果 だけ 書 いておく 時 定 数 ϕ 1 = L 1 I 1 + M 12 I 2 ϕ 2 = L 2 I 2 + M 21 I 1 V 2 V 1 = I 2 I 1 高 校 の 復 習 が 入 っていますが 言 葉 が 大 学 生 なので 一 応 この 回 路 では 次 の 式 が 成 り 立 つ L di dt + RI = V 要 するに 微 分 方 程 式 である この 式 の 右 辺 を 0 としたときの 解 をI 1 この 式 を 満 たす 一 つの 解 ( 特 殊 解 )をI 2 とする その 結 果 I=I 1 + I 2 も 解 であることは 明 らか I 2 は 定 数 の 場 合 を 考 え ればすぐ 求 まる I 2 = V R である 一 方 I 1 は L di 1 dt + RI 1 = 0

17 の 解 である I 1 = Ae t/τ とすると L τ + R = 0 τ = L R である τは 時 間 の 次 元 をもつ 定 数 でこれを 時 定 数 という 以 上 より 解 は I = Ae t τ + V R である A は 任 意 定 数 である このように 任 意 定 数 を 含 む 解 を 一 般 解 という A は 時 刻 0 における 条 件 初 期 条 件 から 決 められる 6.3 交 流 回 路 I(LR 回 路 ) 交 流 回 路 にコイルやコンデンサーがあったとする 交 流 電 源 の 電 圧 V が V = V 0 cos ωt で 与 えられるとき 電 源 に 出 入 りする 電 流 I は 一 般 に I = I 0 cos ωt ϕ で 表 される φを 位 相 の 遅 れ cos ϕを 力 率 という また Z = V 0 I 0 は 抵 抗 に 相 当 する 量 で インピーダンスという 交 流 回 路 を 扱 う 基 本 的 考 えは 瞬 間 瞬 間 に キルヒホッフの 法 則 を 適 用 することである LR 回 路 時 刻 t で A の 電 位 が C より V(t)より 高 いとし このとき 流 れる 電 流 を I とすると L di + RI = V(t) dt となる 解 き 方 は 直 流 回 路 のときと 同 じ ただしI 1 については 直 流 回 路 の 場 合 と 同 じで 急 速 に 0 に 近 づくことがわかっているのでここでは 0 として 扱 う よって 特 殊 解 のみを 扱 っ ていく ここでV(t) = V 0 cos ωtとすると

18 L di dt + RI = V 0 cos ωt 複 素 数 表 示 I は 一 般 に 複 素 数 とする L di dt + RI = V 0e iωt となる 複 素 電 流 I を 実 数 部 分 と 虚 数 部 分 にわけI = I r + ii i とおき オイラーの 公 式 を 利 用 すると L di r dt + RI r + i L di i dt + RI i = V 0 cos ωt + i sin ωt なので もとの 複 素 数 の 方 程 式 を 解 けば 求 めたい 方 程 式 は 解 ける とおく すると 指 数 部 分 は 約 分 でき I = Ie iωt R + iωt I = V 0 となる この 式 で Z = R + iωtを 複 素 インピーダンスという I = V 0 Z で ある 電 流 は I = re V 0 Z eiωt となる ここでZ = Z e iϕ とすると(φは 偏 角 ) I = V 0 cos ωt ϕ となる よ Z ってΦはそのまま 位 相 の 遅 れとなり Z はインピーダンスとなる このように 複 素 インピ ーダンスからΦ Z が 直 ちに 計 算 できる 複 素 インピーダンスとキルヒホッフの 法 則 複 素 インピーダンスを 使 えば コイルの 抵 抗 を iωl とすれば 直 流 回 路 の 合 成 抵 抗 の 方 法 が そのまま 使 える( 直 流 だったら R+iωL 並 列 だったら 逆 数 が 1/R+1/iωL というかんじ) 6.4 交 流 回 路 Ⅱ(LCR 回 路 ) 今 度 はコンデンサー( 容 量 C)を 入 れてみる I = dq dx である 今 度 立 つ 方 程 式 は 次 の 通 り

19 時 間 微 分 すると L di dt + RI + Q C = V(t) L d2 I dt 2 + R di dt + I C = V t という 二 階 の 微 分 方 程 式 という 解 き 方 はさっきと 同 様 電 気 振 動 まずI 1 にあたるものを 求 めよう I = Ae αt とすると L d2 I dt 2 + R di dt + I C = 0 Lα 2 + Rα + 1 C = 0 ここからは 力 学 の 過 小 減 衰 臨 界 減 衰 過 剰 減 衰 と 同 じである このことから 気 づくだろ うが 交 流 電 源 があるときのこの 回 路 は 力 学 でいう 強 制 振 動 である 過 小 減 衰 の 場 合 の 結 果 だけ 示 しておくと I = I 0 e γt cos ω t ϕ ただし γ = R 2L ω = 1 LC R2 4L 2 尚 2τγ = 1に 注 意 LCR 回 路 の 複 素 インピーダンス コンデンサーの 複 素 インピーダンスは 1 である これを 使 えば 直 流 の 法 則 が 使 える iωc 6.5 磁 場 のエネルギー 先 の 式 を 変 形 して LI di dt + RI2 + QI C = V(t)I L di 2 2 dt + RI2 + 1 dq 2 2C dt = V t I L 2 I T 2 I 2 T 0 + RI 2 dt + 1 2C Q T 2 Q 2 T 0 = V t I dt 0 右 辺 は 時 刻 0 から 時 刻 T までの 間 に 電 源 がした 仕 事 左 辺 第 二 項 はその 間 に 抵 抗 で 発 生 し たジュール 熱 である 左 辺 第 三 項 はコンデンサーのエネルギーの 増 加 分 である よって 左 辺 第 一 項 はコイルにためられたエネルギーであることが 推 測 できる つまり L のコイルに I が 流 れているときエネルギーU m は 0

20 である 運 動 エネルギーと 似 ている 磁 場 のエネルギー 密 度 証 明 略 磁 場 のエネルギー 密 度 が U m = L 2 I2 u m = H B 2 となる( 電 場 のエネルギー 密 度 との 関 連 に 注 意 ) よって となる 6.6 マクスウェル アンペールの 法 則 U m = アンペールの 法 則 は 次 のようなものだった C V H B 2 dv H ds = I しかしこれは 定 常 電 流 に 関 する 定 理 であった ここで 変 位 電 流 という 電 流 密 度 に 似 た 量 を 導 入 する D t である これに 本 来 の 電 流 密 度 j を 加 えたものに 対 してアンペールの 法 則 が 成 り 立 つ つま り C H ds = j n + D n t が 成 り 立 つ 但 し n がついているのは 曲 面 に 垂 直 な 成 分 ということを 示 す 一 般 に 電 束 Ψを 次 式 で 定 義 する d これを 使 うと dψ dt = D n t ψ = dがわかるので D n d となる C H ds = j n d + d dt D n d 7 電 磁 場 の 基 礎 方 程 式 積 分 形 の 諸 法 則 まとめて 書 くと 次 の 通 り

21 D nd = の 中 にある 真 の 電 荷 の 和 B nd = 0 C E ds = d dt B n d C H ds = j n + D n t これらとD = εe, B = μh, j = ςeをあわせていく マクスウェルの 方 程 式 すでに 述 べたように 1,2 式 は ともなる あとの 二 式 を 変 形 すると rot E + B t divb = 0 divd = ρ これらの4 式 をマクスウェルの 方 程 式 という 連 続 の 方 程 式 と 変 位 電 流 証 明 略 が 連 続 の 方 程 式 ポアソン 方 程 式 ラプラス 方 程 式 は d = 0 rot H D t = j ρ t + divj = 0 V(r) = 0 だったが これは 電 荷 がないところでの 話 電 荷 があるところではというと 証 明 略 して( 個 人 的 に 感 動 した 明 快 な 式 なので 時 間 がある 方 は 見 てはいかがでしょうか) V r = ρ ε となる これをポアソン 方 程 式 という 7.2 ベクトルポテンシャルと 境 界 条 件 磁 束 密 度 B に 対 してはdivB = 0が 成 り 立 つので 数 学 的 に 次 の 式 を 満 たす 適 当 なベクトル A が 存 在 することがわかる( 証 明 略 ) B = rot A このベクトル A をベクトルポテンシャルという ランダウゲージというのもある( 結 局 意 味 がわからなかった) 一 方 静 電 場 の 場 合 この A を 使 って

22 E = V A t とすればよい このときの V をスカラーポテンシャルという ゲージ 変 換 先 に 述 べた V A について χが 時 間 と 場 所 の 関 数 だとすると V = V χ t, A = A + χ たる V と A からも 同 じ E と B が 出 る V A から V A へのこの 変 換 をゲージ 変 換 という ローレンツ 条 件 上 述 のように V A は 一 義 的 には 決 まらないが その 間 には 関 係 がある よく 使 われるのが ローレンツ 条 件 で 1 V c 2 + div A = 0 t とする 但 し 1 c 2 = εμで c は 電 磁 場 の 速 さである 与 えられた V A が 上 式 を 満 たさねばゲー ジ 変 換 により 満 たすように 変 えれば 良 い ε μが 一 定 の 場 合 これを 用 いると が 導 かれる 境 界 条 件 1 2 c 2 t 2 V = ρ ε 1 2 c 2 A = μj t2 時 間 変 化 する 場 合 でも 前 出 の 境 界 条 件 が 使 える 7.3 電 磁 場 のエネルギー 電 場 磁 場 のエネルギーはすでにみてきたが 今 回 はマクスウェルの 方 程 式 を 用 いてその 時 間 変 化 をみていく 電 場 E 0 が 供 給 する 電 力 空 間 中 のある 領 域 V をとったとき 電 場 E 0 が 領 域 V に 供 給 する 電 力 P は 電 池 の 起 電 力 起 電 力 P = V E 0 jdv C E ds を 考 える 静 電 場 ではストークスの 定 理 などを 使 いこれは 恒 に 0 になる そこで 電 池 の 起 電 力 は 特 別 なものとして 扱 うことにする 電 池 の 起 電 力 は 電 池 内 でのみ 存 在 し 外 では 0 である 電 池 の 起 電 力 による 電 場 をE 0 マクスウェルの 方 程 式 に 従 う 電 場 を E とすると j = ς E 0 + E が 成 り 立 つ

23 エネルギー 保 存 則 電 池 が 含 まれた 領 域 V を 考 える 上 式 よりE 0 = j ς Eたることがわかる これを 先 ほどの 電 力 の 式 に 代 入 して P = V j 2 ς dv V E jdv が 電 池 の 領 域 V に 供 給 する 電 力 だとわかる これを 変 形 していくと P = V j 2 ς dv + du e dt + du m + div E H dv dt V となる 第 1,2,3 項 はそれぞれジュール 熱 電 場 のエネルギー 磁 場 のエネルギーに 対 応 する ポインティングベクトル = E H のこと 先 ほどの P の 第 4 項 について 考 えると 保 存 力 には 成 り 得 ないので これは 領 域 V から 外 部 へ 単 位 時 間 当 たりに 流 れ 出 るエネルギーである このようなエネルギーを 放 射 エ ネルギーという ポインティングベクトルの 話 に 戻 る 第 4 項 について V div E H dv = divdv V = n d となる このことから エネルギーは の 方 向 に 移 動 し 単 位 時 間 中 に と 垂 直 な 単 位 断 面 積 を 通 過 するエネルギーの 量 が に 等 しいことがわかる 7.4 電 磁 場 電 磁 波 の 分 類 c = λf のことを 波 の 基 本 式 という 電 磁 波 は 波 長 で 分 類 される 10-4 m 以 上 の 波 長 をもつ 電 磁 波 が 電 波

24 z 方 向 に 伝 わる 電 磁 波 ε μは 定 数 ρ j はともに 0 として z 方 向 に 伝 わる 電 磁 波 を 考 え E,H は z と t にのみ 依 存 すると 考 える すると E,H の x 成 分 と y 成 分 のみを 考 慮 すればいいことがわかる こ の 種 の 波 を 横 波 という x 成 分 と y 成 分 については 一 次 元 の 波 動 方 程 式 εμ 2 E x t 2 εμ 2 E y t 2 εμ 2 H x t 2 εμ 2 H y t 2 = 2 E x z 2 = 2 E y z 2 = 2 H x z 2 = 2 H y z 2 上 式 のような 型 の 方 程 式 を 偏 微 分 方 程 式 という 同 式 は z 軸 上 を c = 1 εμ の 速 さで 伝 わる 波 を 表 し そのためこれを 一 次 元 の 波 動 方 程 式 という ξ = t z c η = t + z c

25 という 変 数 を 使 うとεμ 2 E x = 2 E x は t 2 z 2 2 E x ξ η = 0 となる このことから E x = f t z c + g t + z c とかける 第 一 項 は 正 の 向 きに 速 さ c で 進 む 波 第 二 項 は 負 の 向 きに 速 さ c で 進 む 波 を 表 す つまり これらの 二 つの 波 の 重 ね 合 わせである 光 速 と 屈 折 率 真 空 中 の 光 速 c をその 媒 質 での 高 速 c でわった 数 n = c c をその 物 質 の 絶 対 屈 折 率 という 直 線 偏 波 はっきりと 示 してないが E x 等 の 偏 微 分 方 程 式 の 導 出 にはE x とH y E y とH x が 組 になった 方 程 式 が 出 てくる よって 特 別 な 場 合 として 後 者 の 組 の 成 分 は 0 であるとし 前 者 のみを 考 える このような 電 磁 波 は 電 場 が x 方 向 にあるので それを x 方 向 の 直 線 偏 波 ( 光 の 場 合 に は 直 線 偏 光 )という この 場 合 E x = f t z c + g t + z c H y = cε f t z c + g t + z c となる 3 次 元 の 波 動 方 程 式 結 果 だけ 書 く 7.5 正 弦 波 2 E t 2 = c2 E 2 H t 2 = c2 H 先 程 は f とか g とか 書 いていたが 普 通 は 波 形 が 正 弦 関 数 でこれを 正 弦 波 という E x H y の 正 方 向 に 進 む 波 は E x = E sin ω t z c

26 H y = cεe sin ω t z c とかける k = ω c を 波 数 と 呼 ぶ k = 2π λ と 書 ける この 図 からわかるように 電 磁 波 の 進 む 向 きはポインティングベクトルの 向 きである 電 磁 波 の 運 ぶエネルギー 向 きが 一 致 していることからみて 電 磁 波 は 進 行 方 向 にエネルギーを 運 ぶ この 場 合 電 場 と 磁 場 は 直 交 しているので =E x H y となる 時 間 平 均 をとると となる 7.6 電 磁 波 の 反 射 と 屈 折 ( 垂 直 入 射 ) = cεe2 E2 または = 2 2cμ ここでは 物 質 1 から 物 質 2 へ 垂 直 に 入 射 する 直 線 偏 波 を 考 える E x = E sin ω t z c と 表 す 先 の 議 論 から 次 の 式 が 導 かれる H y = H sin ω t z c 垂 直 入 射 E H = μ ε

27 上 図 のような 場 合 を 考 える 物 質 1 中 での 電 磁 波 は 次 のようになる( 直 線 偏 波 参 照 ) E 1x = E 1 sin ω t z c 1 + E 1 sin ω t + z c 1 H 1y = H 1 sin ω t z c 1 H 1 sin ω t + z c 1 物 質 2 では 次 のようになる c 1 = 1 ε 1 μ 1 E 1 H 1 = E 1 H 1 = μ 1 ε 1 E 2x = E 2 sin ω t z c 2 H 2y = H 2 sin ω t z c 2 c 2 = 1 ε 2 μ 2 E 2 H 2 = μ 2 ε 2 かつ 境 界 条 件 より 次 の 式 もある E 1 + E 1 = E 2 反 射 係 数 H 1 H 1 = H 2 E 1 E 1 のこと 変 形 すると となる ε 1 μ 1 ε 1 μ 1 + ε 2 μ 2 ε 2 μ 2

28 電 磁 波 の 運 ぶエネルギーは 振 幅 の 二 乗 に 比 例 する( 先 に 示 している) 入 射 波 と 反 射 波 のエネ ルギー 比 を 反 射 率 R という R = ε 1 μ 1 ε 1 μ 1 + ε 2 μ 2 ε 2 μ 2 2 である 通 常 はμ 1 = μ 2 = μ 0 として 良 く さらに 絶 対 屈 折 率 を 使 うと ε 1 μ 1 ε 1 μ 1 + ε 2 μ 2 n 1 n 2 = ε 2 n 1 + n 2 μ 2 R = n 1 n 2 n 1 + n 2 となる n 1 > n 2 の 場 合 E 1 とE 1 は 同 符 号 であるが n 1 < n 2 の 場 合 異 符 号 になる 後 者 の 場 合 波 は 反 射 波 となる 上 位 相 がπだけずれる 透 過 係 数 垂 直 入 射 の 場 合 E 2 /E 1 は 入 射 波 と 屈 折 波 の 振 幅 の 比 を 表 し これを 透 過 係 数 という E 2 /E 1 =1+ E 1 E 1 であるので E 2 E 1 = 2 ε 1 μ 1 + が 導 かれる これは 常 に 正 屈 折 波 は 入 射 波 と 同 じ 位 相 をもつ 光 学 的 な 疎 密 と 位 相 変 化 屈 折 率 の 小 さな 方 の 物 質 を 光 学 的 に 疎 大 きな 方 を 光 学 的 に 密 という 7.7 電 磁 波 の 反 射 と 屈 折 ( 斜 めの 入 射 ) ε 1 μ 1 2 ε 2 μ 2

29 今 度 は 図 のような 状 況 を 考 える 反 射 の 法 則 ( 入 射 角 と 反 射 角 は 等 しい)が 成 り 立 つ 反 射 屈 折 の 際 入 射 方 向 反 射 方 向 屈 折 方 向 法 線 のすべては 同 一 平 面 上 にあるというほう そくがあり その 平 面 を 入 射 面 という 点 O での 入 射 波 反 射 波 屈 折 波 の 電 場 をそれぞれ E 1 sin ωt E 1 sin ωt E 2 sin ωt とすると 境 界 条 件 より E 1 E 1 cos θ = E 2 cos φ ε 1 E 1 + E 1 sin θ = ε 2 E 2 sin φ 一 方 磁 場 についてはすべて 垂 直 方 向 になるので 境 界 条 件 は また 次 の 式 も 成 り 立 つ H 1 + H 1 = H 2 E 1 = E 1 H 1 H 1 = μ 1 E 2 = ε 1 H 2 μ 2 ε 2 屈 折 の 法 則 これらを 連 立 すると sin θ sin φ = n n = c 1 c 2 = n 2 n 1 が 得 られる これを 屈 折 の 法 則 といい n を 物 質 1 に 対 する 物 質 2 の 屈 折 率 という 反 射 係 数 同 様 に のこと 今 度 は となる μ 1 = μ 2 = μ 0 と 置 くと E 1 E 1 = E 1 E 1 ε 2 μ 2 cos θ ε 1 μ 1 cos φ + E 1 = tan θ φ E 1 tan θ + φ ε 1 μ 1 cos φ ε 2 μ 2 cos θ となる ここでθ + φ = π 2 とすると 反 射 係 数 は 0 になる この 条 件 を 満 たす 入 射 角 θ B をブル ースター 角 という( 高 校 のころの 臨 界 角 ) tan θ B = nとなる 以 上 電 磁 気 学 秋 休 み 分 終 了 二 学 期 に 入 って 余 裕 が 出 てきたら 新 しく 買 う 問 題 集 に 基 づ く 続 編 を 書 くかもしれません

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