| English | 意味 |
|---|---|
| electrostatic equilibrium/ɪˌlektrəʊˈstætɪk ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | 静電平衡 |
| Faraday cage/ˈfærədeɪ keɪdʒ/ | ファラデーかご |
なぜ雷の時の金属車は最も安全な場所なのか？
- 落雷が車に当たっても、車内の人は無事である。
- 導体 が乗客を電荷も場もない空間で包み込む。
- 金属の自由電子は瞬時に再配置され、内部の場を打ち消す。
- この章では、電荷の移動が止まった後の導体の振る舞いについて学ぶ。
平衡状態では内部に場がない
- 電荷が落ち着く（静電平衡）と、導体内部の場はゼロになる。
- もしそうでないなら、自由電荷は力を受け continued して動いており、落ち着いているわけではない。
- よって金属内部のあらゆる地点で $E = 0$。
- 内部の空洞も遮蔽される——これが ファラデーケージ である。
静電気平衡状態の導体の内部では、電気場は:
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ゼロでない場合、自由電荷は移動するため、平衡状態では内部が$E = 0$である。
中空導体は外部電場から内部を遮蔽する（ファラデーケージ）。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
導体が空洞内の電場を打ち消す — ファラデーケージ。
電荷はすべて表面に留まる
- 内部の場がゼロであるため、内部に正味電荷が存在することはできない。
- 余分電荷のすべては 表面 へ押し出される。
- ガウスの法則がこれを裏付ける：内部のガウス曲面が囲む電荷はゼロである。
- 電荷は広がり、導体全体を同一ポテンシャルにする。
固体導体の過剰電荷の位置:
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
内部電場がゼロであるため、すべての過剰電荷は表面に存在しなければならない。
表面直外の場
- 表面直外では、場はそれに対して 直交 する。
- 平行成分があれば表面電荷を横方向に動かすが、それはもう停止している。
- その大きさは $E = \dfrac{\sigma}{\varepsilon_0}$ であり、局所的な表面電荷密度 $\sigma$ によって決まる。
- 内部は平坦で、外部は純粋に直交成分のみ。
平衡状態の帯電導体
静電気平衡状態にある導体に関する各記述を分類せよ。
導体表面のすぐ外側では、電場は表面に対して____である。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
平行成分があれば表面電荷が動くため、$E$は垂直である。
平衡状態にある導体に関する正しい記述をすべて選択せよ。
難易度 2/5 · 140 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
内部電場ゼロ、表面電荷、単一ポテンシャル。電荷が体積を満たすことはない。
鋭利な点で電荷が集中する
- 凹凸のある導体では、表面が急激に湾曲する箇所で電荷がたまる。
- 鋭利な点は最も高い $\sigma$ を持ち、最も強い場产生する。
- それ故に避雷針は 尖った形状 であり、そこで最初に空気がイオン化される。
- 滑らかで丸い形状は電荷をより均等に分散させる。
導体において、電荷と電場が最も強いのは:
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電荷は鋭利な先端に集まり、最高値の$\sigma$と電場を生じる。
帯電棒が金属ケージの外側に触れている間、あなたはその中座っています。
- 電荷はケージの外表面に広がります。
- 内部では $E = 0$ なので、何も感じません — ケージがあなたを守っています。
"$E = 0$内部"の電場がゼロとなるのは静電気平衡時だけである——荷電体が落ち着き、再配置が完了してからだ。その瞬間的な再配置の間、内部には電場が存在する。また、これは導体の材料自体に適用されるものであり、空洞内に意図的に置いた荷電体には当てはまらない。
静電平衡にある導体の内部には $E = 0$ があり、すべての過剰電荷は表面に留まり、導体全体が同一のポテンシャルになります。直近の外部では $E = \sigma/\varepsilon_0$ であり、表面に対して垂直です。電荷は鋭い点に集まります。