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第1級陸上無線技術士、第1種伝送交換主任技術者、第1種アナログ工事担任のTOITAが航空無線を目指す、皆様のお手伝いをします。



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TOITAの「航空無線通信士受験塾」第17期受験直前講座 (1)クーロンの法則と電界

          第17期受験直前講座
        (1)クーロンの法則と電界          

2月期の試験迄、 残すところ、2ヶ月程となりました。
今回から受験直前講座としまして より実践的なお話
を致します。
今回は、クーロンの法則電界に関する演習問題を
出題いたします。普通にクーロンの法則と言いますと
「静電気に関するクーロンの法則」を指しますが、もう
一つ「磁気に関するクーロンの法則」があります。
電荷を磁極に、誘電率を透磁率にそれぞれ入れ替え
ますと「磁気に関するクーロンの法則」になります。
考え方は、どちらも同じですので、受験直前講座では
、「静電気に関するクーロンの法則」を扱います。
もし、2月期の試験で「磁気に関する クーロンの法則
」や「磁界」についての問題が出題されても、 考え方
が同じである事を知っていれば 慌てずに済む事と思
います。

それでは、「静電気に関するクーロンの法則」と「電界
」について少し、復習をした後、 演習問題を出題いた
します。

1.「静電気に関するクーロンの法則」の復習

 上の図をご覧下さい。 誘電率がεの媒質の中に Q
 と Q2 の電荷が有ったとします。
 誘電体は、木や空気や その他どの様な物質でもか
 まいません。肝心なのは、任意の物質の中に2つの
 電荷がr [m] の距離で向き合っていると言う事です。

 電荷が単独である時は、何も起こりませんが、 電荷
 が複数個ありますとお互いの間に力:F [N] が働きま
 す。

 方向  電荷が”+”と”-”の様に異なる時は、
       引き合う方向
       
電荷が”+”と”+”または、”-”と”-
       ”の様に同じ時は、
       反発する方向

 大きさ:F[N]

     [NQ1・Q2/(4πεr^2 (1)

  (1)式は、 全ての電気現象の基礎となる 重要な法
  則です。
  その有り難さは、電気について知れば知るほど感じ
  ます。
  式には、意味が有ります。
 (式をただ、暗記するのは、 大変ですが、式が 意味
  するところを知れば、暗記せずに何時でも活用でき
  ます。)
 (1)式では、 2つの電荷が距離:r [m] を隔てて おか
  れています。
  1つの電荷が置かれ、その近くにもう1つ電荷をおき
  ますと互いの間で力が働きます。
  それぞれの電荷が 他方の電荷に及ぼす力は、 電
  荷Q1又は、Q2との互いの距離が r [m]でありさえす
  れば、どこにあっても良いので仮に、Q1を中心に考
  えますと Q2 は、Q1 からの半径: r [m]の球の表面
  のどこかに有る事になります。
 (2つの電荷を平面上でなく、3次元の空間で考えま
  しょう。)
    この半径: r [m]が大きく成程  お互いの間に働く力
  、小さくなります。  この力は、半径: r [m]の球の
  表面積
比例 して力:F[N]小さくなります。
  また、力: F [N] はお互いの電荷の大きさの積に
 
します。
 上の図では、 2つの電荷が 真横に居る様に 描いて
 ありますが2つの電荷を結ぶ線の方向は、どの方向
 でも良いのです。
  そして次は、誘電率:ε に 注目してみますと、 式の
 分母に入っていますのでε が大きくなると力:F[N]
 は、小さくなります。 誘電率とは、原子の陽子と 電
 子の分離のしやすさの事です。
 ある意味で ε が大きい例として挙げらるのが金属
 です。
 金属は、わずかな外力で 原子から電子が離れてし
   まいます。と言う事は、ε が無限大と考えて式にい
 れますと 電荷間に 力は、働かない と言う事になり
 ます。
 逆に、ε の小さい、 絶縁物の原子では、陽子と電
 子が離れにくいので、電荷の間に働く力が大きくな
 ります。

  
2.「電界」の復習
 下の図をご覧下さい。

 仮に+q[C]の電荷が誘電率:ε の媒質に置かれた
 とします。
 その+q[C]が作る電界の強さは、+q [C]の電荷から
 の距離:r [m]により変わります。それでは、+q [C]
 の電荷から距離:r[m]の地点での 電界の強さを求
 めてみましょう。

 電界方向   
     
    +1[C]の電荷を置いた時、 その+1 [C 
    電荷に働く力の方向

    
上の図では、+q[C]の電荷が作る 電界です
    ので電界の方向は、+1 [C]の電荷を置いた
    時、+1 [C]の電荷の動く方向 (緑の矢印の
    方向)が +q[C]の電荷の電界の方向になり
    ます。


    q [C] の電荷が ”-”でしたら緑の矢印は、
    左を向きます。

 電界の強さE [V/m] (または、[N/C]

    E [V/m] = q/(4πεr^2    (2)

    (1)式と(2)式を比較してみて下さい。
    (2)式では、分母は、 同じですが、 分子を
    みますと 電荷を表す文字が1つになってい
    ます。
    これは、(1)式 を +1[C]の電荷で割ったも
    
電界の強さ:[V/mとなる事を示し
    ています。単位に[N/c]を使えば、力[N] を
    電荷 [C]で割ったもので有る事から 納得し
    て頂けると思います。
    つまり、+1[C] 当たり、 どれだけの力が 働
    くかと言う事です。
    分数で表される式は、分母当たり分子がど
    の位かを示します。

     例えば、速度は、距離を時間で割ります。
     時間当たり何[m]進んだかが速度です。
    100[m]の距離を10[秒]で進んだとしますと
    1 秒当たり10[m]進んだ事になります。
     この1 [何とか当たり] とい言う事は、○× 
    単位当たりと言う事になります。
    通常、電界の単位は、[V/m]が使用されま
    す。
    ([N/C]と[V/m] は、同じ事を言っています
     ので、[N/C]が[V/m]で有る事は、証 明で
     きますが、航空無線通信士の範囲を超え
     ますので省略します。)
        
それでは、以上の復習を踏まえて演習問題を出題い
たします。


続きは、記事をお買い求めの上、お読み下さい。


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