テーマ:電磁気学

(補足)電磁気学(21)静電シールド(20)ガウスの法則(4’)導体球の電位訂正とその関連情報

 前回の静電シールド関係記事に訂正がありました。原本は既に訂正しています。訂正部分は、帯電導体球の電位V=0となる箇所で、正しくは、この帯電球体の電位V=C (C:一定)であって、球体内の任意の点どうしの電位差φ=0です。(φは電位差を示し、A,B点間としますとVABと表現ができます。) ここで、電荷~電界~電位の相互関係を示しま…
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(補足)電磁気学(20)静電シールド(19)ガウスの法則(4)導体球の電界

(a)一様に帯電した導体球の電界  半径aの導体球に電荷Qを与えた場合、球外の任意の1点の電界の強さを求めます。この電界は球心Oに関して対称で半径方向に向かいます。半径r(r>a)の球面にガウスの法則を適用しますと、球面上での電界の強さは面に垂直であり、全ての点で同じ大きさとなります。この大きさをEとしますと ∫EndS=E∫d…
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(補足)電磁気学(19)静電シールド(18)ガウスの法則(3)電荷が閉曲面外にある場合

 図1.13のように電荷Qが閉曲面Sの外にある場合を考えます。dω(立体角)を頂角とする微小円錐が面Sを切る部分dS1とdS2とでは、外向き法線n1とn2の向きは逆となります。したがってこの二つの微小面積部から出る電気力線の和は零となります。これを閉曲面S全体について求めますと ∫E・ndS=∫EndS=0  ....(1…
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(補足)電磁気学(18)静電シールド(17)ガウスの法則(2)

 160mバンド拡張関連で、垂直アンテナには欠かせないアースの話題にちからが入りすぎて、こちらが滞りました。電磁気学の中でも地味な分野ですから、興味を惹く話題に欠けるので仕方ありません。今回は、とても短い内容となります。 (前回の続きで) 閉曲面内に多数の点電荷Q1,Q2,・・・がある場合には、dSの部分の電界の強さは各点電荷に…
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(補足)電磁気学(17)静電シールド(16)ガウスの法則(その1)

 アマチュア無線関係の資格国家試験には、この法則が登場しませんので、馴染みが無いとは思いますが、実は、学校教育課程で「電気」を習う者にとっては、とても苦手な分野であります。ここでつまづかないために理論の流れを細かく区切ることとしました。  ガウスの法則の意味は、「電界内の任意の閉曲面から外方に出る電気力線の総数は、面内に分布する電…
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(補足)電磁気学(16)静電シールド(15)電位(8)等電位面

 前回の「回転のないベクトル」への補足として、水がうずをなして流れている状況を想定します。水の流速は、ベクトル量として取り扱えますから、うずの中では、流速ベクトルは、回転(rotation)していることになります。これに対して、うずのない静かな流水中では、流速ベクトルの回転はありません。  うずのない流水中では、川上、川下が存在して、…
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(補足)電磁気学(14)静電シールド(13)電位(6)空間分布の電荷

 今回の話で、今まで理論拡張してきた電荷を1個の点や多数の点の集まりではなく、空間全体に広がって分布している電荷が姿を見せます。 それが、空間電荷密度ρ[C/m^3]です。この密度は、単位体積あたりに対する値を示します。  この電荷の概念が必要とするのは、アンテナ周辺へ静電誘導にて影響を与える電荷は、帯電した雪や雨粒(実際は、雪・雨…
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(補足)電磁気学(13)静電シールド(12)電位(5)多数の点電荷による電界内の電位

 前回に示した過去記事の後半となります。なお、電磁気学をはじめ、物理学においては、最初にある限定条件(ここでは、1個の単位電荷)に絞りその理論を完成したうえ、その理論からより拡張(今回の多数の点電荷)していく手法(一般化という。)をとります。多数の電荷理論をより一般化しますと、それは、空間にひろく分布している状態の電荷を表現できるように…
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(補足)電磁気学(12)静電シールド(11)電位(4)1個の点電荷による電界の電位

 別のテーマ記事を優先としましたので、本来の当ブログのメインテーマ(電磁気学)の進行は予定より遅くなっています。 しばらくは、160mバンド拡張活用企画関連を優先としたいと考えています。  さて、本論は  電位についても電界と同じように1個の点電荷から始まり、多数の点電荷へと理論拡張していきます。 ここの最終目標は、ある空間…
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(補足)電磁気学(11)静電シールド(10)電位(3)電位を示す電界の積分式

 前回の電界の積分路の不変から 「電界内の1点から任意の閉曲線に沿って電荷が一周するとき、電界のなす仕事は零(ゼロ)である。」 ことがいえ、 ∮E・ds=0  ....(1.20) が成立します。 ※ ∲ は、周回積分の意味で、閉曲線に沿ってぐるりと一回りした区間で積分します。※ この関係は、静電界の重要な特…
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(補足)電磁気学(10)静電シールド(9)電位(2)補足:積分経路によらない電界の仕事

 (1.18)式における点Bから点Aまでの積分路は幾とおりもありますが、この積分路のとり方とA,B間の電位差との関係をみます。図1.7において点Bから点Aまで電荷を移動するのに二つの違う経路を考え、経路BCAを通すときに要する仕事をWc、また同じ電荷を経路BDAを経て運ぶときに要する仕事をWDとします。  もしWc<WDで…
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(補足)電磁気学(9)静電シールド(8)電位(その1)

 電位と電界の関係をここから扱います。私たちがテスターで測定できるものは、電位差です。ある点と別の点の2点間の電位差は、測定できますが、その1点における電位は測定する方法がありません。当然に電界も直接測定できるわけではありません。この点について、送信アンテナ付近で測定すれば、その場所の電界強度からアンテナから放射する電界を求めることがで…
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(補足)電磁気学(7)静電シールド(6)電気力線(2) 1個の点電荷の電界

(a)1個の点電荷による電界  真空中の1点Oに点電荷Qがあるとき、それからrの距離点Pに単位電荷をおきますと、これに働く力は(1.4)式から    1   Q f=─── ─────r [N]     4πε0  r^3  です。したがって、この点の電界の強さは、    1   Q E=─── ─────r …
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(補足)電磁気学(6)静電シールド(5)電気力線

 電場が変動して電気力線が閉じたループ状態となると電波となることは、過去の記事で説明しています。しかし、ここでは、⊕電荷から始まり⊖電荷で終わる曲線状態のものを考えます。 1.3.2 電気力線  電界の全般的分布状態を知るためには、各点における電界の大きさと向きを求める必要があります。これを一目でわかるように、電界中に電気力線と…
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(補足の補足)電場の[場]とは?

 電磁波の基礎となる静電気の「電界」で登場しました、「場(field)」と電界の英語の意味(electric field)との関係についてです。場とは何かを検索しますと 場https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A0%B4 に説明があり、次に「電磁場」に絞りますと 電磁場https://ja.wikip…
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(補足)電磁気学(6)静電シールド(5)電界

 受信機の性能評価等で用いる「電界強度」ですが、その単位は、V/mです。と言っても、ある点と別の点の間の電圧ボルト(電位の差)をその距離のメータ単位で割って求められるものではありません。ここでは、まず、電界の強さの定義を明確にします。電位(差)との関係は、電位の項目のところで明確にすることにします。 1.3 電界 1.3.1 電…
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(補足)電磁気学(5)静電シールド(4)クーロンの法則(後半)

 前回の最後に説明しました、位置ベクトルの表し方で、前回のベクトルを表現しますと のようになって、この場合には、r-r’ のベクトルが該当します。このような表現は、電磁気学において、よくあるパターンです。例えば、測定点の位置rに対して、電荷がr’ 位置に存在する場合の測定点における電界Eを表現する場合などがあります。 …
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(番外)アンテナの帯電ノイズ実験報告(静電シールドのスピンアウト)

 電磁気学のおまけとして、紹介しました、「帯電ノイズ」についてのお知らせです。ここでは、これに時間を割くことができませんので、ネットからの情報元をリンクさせていただきました。  まず、帯電ノイズの関係で検索したところ、見つかったのが、 「アンテナ系での静電気由来ノイズ (その1)最新改定 2017.Apl.21 JH3FJA…
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(補足)電磁気学(4)静電シールドまでの理論(3)クーロンの法則(前半)

 残念なことに、電磁気学の「静電気」の話は、興味をもっていただけないようです。以前もそう判断して、静電気・静磁気等の基礎部分はとばして、いきなり、「マクスウェル方程式」から、このブログ記事を始めたときもあるのですが、それだと「砂上の楼閣」だと反省しています。実は、電磁気学の重要なところのほとんどは、「静電気」の理論で語りつくしているとい…
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(補足)電磁気学(3)静電シールドまでの理論(2)静電誘導

 今回の静電誘導の理論は、単なる静電気の理論ではなく、実際のアマチュア無線における、ある特定ノイズ対策に欠かせないものだと思っています。そのノイズとは、帯電ノイズ(一般に「スノーノイズ」等と称していますが、降雪時だけで生じる自然現象ではありません。雨の場合もあるし、単に風が吹くだけでも生じます。)です。今回の静電誘導理論を推考していきま…
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(補足)電磁気学でみる(2)静電シールド(1)静電気の基礎;電荷

 静電気について理科の学習あたりから復習してみます。そこから静電気に関する基礎理論を拡張していって、静電シールドの理論まで到達することがここでのミッションとなります。 1.1.1 電荷  よく乾いたガラス棒を絹布で摩擦すると、どちらも近くの軽い物体を吸引するようになります。このような場合、ガラス棒または絹布は摩擦によって電気を帯…
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(補足)電磁気学でみる建物外壁ボンディング(1)シールド(遮蔽)の大別

 今回の建物外壁ボンディング手法に関係して、シールド(遮蔽=しゃへい)の基礎理論について、整理したいと思います。 これは「アースのはなし」で説明しましたアース回路の分類種別とは異なりますが、その性質から3つの項目に分類できます。 (1)静電シールド (2)磁気シールド (3)電磁シールド これらの原理とその目的を次回から順…
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(番外)当ブログ記事へコメント表示が遅延となったお詫びとその記事のへの案内(その2)

 遅延の理由は、前回記事のとおりで、せっかくの有益な情報を無視した状態となってしまい、大変申し訳ありません。 該当する記事は、 ベクトルポテンシャル補足(12)での「球の表面積」を求める証明 https://jo3krp-o.at.webry.info/201303/article_23.html いただいたコメントは …
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(補足)微小ループアンテナの理論(3)微小DPの電磁界を置きかえて適用

 磁気ループと電界DPとは、その有する性格が対照的となります。ちょうど、静磁気と静電界がもつ特性と同じように対照的であると同時にパラメータを置きかえることで、磁気←→電界の示す式を簡単に置きかえることができます。  今回の面倒なところは、すべて過去の記事 (電磁波10)電磁気学本「電磁波放射」理論(2)アンテナ素子からのベクトル…
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(番外)電磁気学(ベクトル)の興味へのいざない

 ベクトルの性質で述べたことについて、もっと興味をもっていただけるように過去の記事から抽出してみました。 (1) ベクトルの回転とマクスウェルの電磁方程式(その1) https://jo3krp-o.at.webry.info/201207/article_4.html ここでの話は、アインシュタインが相対性理論を発表す…
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(参考)伝送線路の電圧・電流分布(その11)でのベクトルの性質の続き

 前回の補足での前振りで説明しましたベクトルの性質についてですが、あるベクトルA,B,Cとしますと A=∇・B+∇×C (誤りの解釈式)  の関係となる意味ではありません。上式では、∇・Bの計算結果は、スカラーですから、ベクトルAとは矛盾します。 このような関係を表すとしますとスカラーポテンシャルV(電位のイメージで)の勾配で表現…
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 自宅アンテナ計画案(12)小型アンテナ関連図書ほかを紹介

 アンテナの小型化は、アマチュア無線だけの問題ではありません。というか、最近の身近な電子機器(スマホをはじめ、各種携帯端末)には、小型、かつ広帯域、さらにマルチバンドで利用している小型アンテナが実装されています。  この技術をまとめていただいているのが、「小型アンテナハンドブック 編集者 藤本京平氏と伊藤公一氏 共立出版 2017…
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