電験ノート

電場の可視化 — 単一点電荷

電荷量 qq
+1.0 μC
位置 (x,y)(x, y)
(0.0, 0.0) cm
μC

パラメータを動かしてみよう

1 電場とは

点電荷 qq が距離 rr の地点に作る電場の大きさは ∣E⃗∣=k⋅∣q∣r2\displaystyle |\vec{E}| = k \cdot \frac{|q|}{r^2}
・向きは正電荷から放射状に外向き、負電荷では中心向き。
・遠ざかるほど急激に弱くなる(距離の二乗に反比例)。

2 放射状の電場を確認

キャンバス上の電荷ドットをドラッグして動かしてください。

  • 電場の向き(矢印)が常に電荷から放射状に出ている(または入っている)ことを確認
  • 位置を変えても電場の形(対称性)は変わらない
  • 背景の色が電荷から離れるほど薄くなる(電場が弱まる)

3 距離の二乗に反比例

電荷を中央に置いた状態で、ヒートマップの色変化に注目してください。

  • 電荷から離れた地点では、矢印の長さが急激に短くなる
  • 距離 2 倍で電場は 1/4、距離 3 倍で 1/9
  • これが ∣E⃗∣∝1/r2|\vec{E}| \propto 1/r^2 の意味

4 符号を反転 → 矢印が反転

qq のスライダーを +1 → −1 に変えてみてください。

  • 矢印の向きが外向き → 内向きに逆転
  • 電荷の色が 赤(+) → 青(−) に変わる
  • ∣E⃗∣|\vec{E}| 自体は同じ(=ヒートマップの色は変わらない)

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