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電界と電束密度について

電験三種

電気設備に使用されているコンデンサの能力を理解する上で、電界と電束密度を理解することは重要です。
そこで本項では、電界と磁束密度について説明します。

まず、「電界」とは何でしょうか。
クーロンの法則は電荷同士が互いに及ぼす力を求めるものですが、電荷は単体でも力を及ぼします。
電荷が影響を及ぼす空間の範囲を「電界」と言い、電界の力の大きさが「電界の強さ」です。
電界の強さは電荷からの距離と反比例し、電荷から遠くなるほど働く力は弱くなります。
電界の強さは、電荷(Q)と電荷からの距離(r)によって変わるのです。
それで、電界の強さを求める公式は以下のとおりです。

電界の強さは、上の公式の電荷Qから距離r離れたところにある+の電荷に働く力と同じです。ですからクーロンの法則とよく似ている式になります。

そして、電界の強さを表す別のものが電束密度です。
電界には力が働く方向があり、+なら電荷から外に向かう力、−なら電荷の内側に向かう力が働きます。
この力を理解しやすく線と仮定して視覚化したものが電気力線で、単位面積あたりの電気力線の本数(電束)が電束密度です。
ですから電束密度の求めるには、まず、電気力線の数はを求める必要があり、下記の式で求めます。

電気力線は電荷を中心に放射されるので、電荷(Q)からの距離にある面の面積Sに何本の電気力線が通っているかが電束密度となり、次の式で求めていきます。

ある地点で電気力線がたくさん通っていれば、それだけ電界も強いと言えます。
それで電界の強さ(E)は電束密度(N/S)と一致するのです。

ここでは、クーロンの法則との違いや電界の強さの求め方について正しく理解してください。

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