物理
高校生
解決済み

物理の質問です。
教科書を見ると、静電気力を作図する時に、静電気力のベクトルの始点が電荷の表面?にあるのですが、これは正しいのですか?正しいなら、接して居なくても力を及ぼすと言う点で似て居る重力と同様にして静電気力のベクトルの始点が(電荷の)中心にある、と言う訳ではないのはなぜですか?
回答宜しくお願いします。

回答

✨ ベストアンサー ✨

重力と同様に考えるのであれば、電荷は表面だけではなく球体全体に(内部も)一様に分布している状態になります。

以下は参考です(球全体の帯電、球表面の帯電の両方がイメージできると思います)。
https://yomoriki.com/electromagnetism/80585/

kakko_pn

回答ありがとうございます。

URLを拝見しましたが、電磁気の勉強を最近始めたばかりで、正直良く分かりませんでした、、、^^;
確認ですが、頂いたURLには大学範囲も含まれて居ますよね?一応教科書では帯電した物体ではなく、点電荷を扱って居るのですが、点電荷は大きさを無視するから電荷の中心をベクトルの始点としても、電荷の表面をベクトルのしても変わらない?同じ?と言うことでしょうか?でも、重力(や万有引力)の時(質点を扱って居ますが)はベクトルの始点は小球や小物体の中心にあるのしか見たことないです、、、小球や小物体の表面にベクトルの始点があるのは見たことないです、、、

結局、静電気力のベクトルの始点は電荷の中心にある方が良いのでしょうか?電荷の表面にある方が良いのでしょうか?

kakko_pn

追記です。教科書にベクトルの始点が電荷の中心のものもありました、、、とすると、始点はどちらでも良いのでしょうか?または、使い分けて居るのでしょうか?使い分けて居るのだったら、どんなルールで使い分けて居るのでしょうか?

(この質問は物理の本質?に関するものではないと言うのは何となく分かりますが、何かモヤモヤするので、解決にご協力お願いします。)

GDO

電気力線は各電荷から出ています。
⇒「電気力線は、電荷のない所で発生したり、消滅したりしない」(教科書に記載があると思います)。
ガウスの法則など、もう少し勉強されてから、また考えるのが良いと思います。

イメージしていることが分からないので、誤解を招く恐れがあり、詳しい説明は控えます。すみません。
(電子?電荷?導体に帯電?)

kakko_pn

話が分かり辛くてすみません💦
写真を載せますので取り敢えず見て貰えませんか?
(一応ガウスの法則は勉強しました。完全に理解したとは言えないと思いますが、コンデンサーの手前までは学習済みです。)

kakko_pn

1枚目です。

kakko_pn

2枚目です。

kakko_pn

(画質が悪くてすみません💦)

1枚目の写真は電荷の表面からベクトルが伸びて居ますよね。しかし、2枚目の写真は電荷の中心からベクトルが伸びて居ますよね?この2つはどう違うのでしょうか?書き分けて居るのでしょうか?それともどちらでも良いのでしょうか?

GDO

電荷の場合、大きさは考えませんので点です。
1枚目と2枚目は同じ事を言ってますが、
1枚目は、見やすくするために中心からずらしていると考えるのがよいです。

GDO

もしも、点では納得できないのであれば、電荷(微小球)の内部に一様に帯電していると考えてください。
そうすれば、中心に電荷がある状態と同じになります(ただし、球の半径以上の距離の場合)

kakko_pn

なるほどなるほど、見やすくするために中心からずらしているのですね。
因みに、最後にこれだけ聞きたいのですが、自分で静電気力のベクトルを書く時には中心に書いた方がより良いですかね?それともずらして書いた方がより良いですかね?どちらでも大丈夫ですかね?

GDO

・電荷であれば、中心からのつもりで、表面からベクトルを書くのがよいと思います。
(+ーを見やすくするためですが、個人の好みで異なります。計算するときに間違えていなければ大丈夫です)
気になるのであれば、添付画像の様に記載するとよいでしょう。

・導体であれば表面からベクトルを書くのがよいです。
(導体の中の電荷からベクトルを伸ばしたいところですが、導体と電荷の大きさを考えると、電荷半径≒0なので無視できますし、電荷からベクトルを伸ばす記載も困難です)

kakko_pn

分かりました!
長々とありがとうございました!

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