電流と電荷・電流密度

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電流と電荷・電流密度の違い

電流 vs. 電荷・電流密度

電流（でんりゅう、electric current電磁気学に議論を留める限りにおいては、単に と呼ぶことが多い。）は、電子に代表される荷電粒子他の荷電粒子にはイオンがある。また物質中の正孔は粒子的な性格を持つため、荷電粒子と見なすことができる。の移動に伴う電荷の移動（電気伝導）のこと、およびその物理量として、ある面を単位時間に通過する電荷の量のことである。 電線などの金属導体内を流れる電流のように、多くの場合で電流を構成している荷電粒子は電子であるが、電子の流れは電流と逆向きであり、直感に反するものとなっている。電流の向きは正の電荷が流れる向きとして定義されており、負の電荷を帯びる電子の流れる向きは電流の向きと逆になる。これは電子の詳細が知られるようになったのが19世紀の末から20世紀初頭にかけての出来事であり、導電現象の研究は18世紀の末から進んでいたためで、電流の向きの定義を逆転させることに伴う混乱を避けるために現在でも直感に反する定義が使われ続けている。 電流における電荷を担っているのは電子と陽子である。電線などの電気伝導体では電子であり、電解液ではイオン（電子が過不足した粒子）であり、プラズマでは両方である。 国際単位系 (SI) において、電流の大きさを表す単位はアンペアであり、単位記号は A であるアンペアはSI基本単位の1つである。。また、1アンペアの電流で1秒間に運ばれる電荷が1クーロンとなる。SI において電荷の単位を電流と時間の単位によって構成しているのは、電荷より電流の測定の方が容易なためである。電流は電流計を使って測定する。数式中で電流量を表すときは または で表現される。. 電荷・電流密度（でんか・でんりゅうみつど, ）、或いは4元電流密度とは、電荷密度と電流密度を相対論的に記述したものである。 電荷・電流密度は4元ベクトルでありローレンツ変換に従う。 電荷密度 \rho(t,\boldsymbol)、電流密度 \boldsymbol(t,\boldsymbol) によって と書かれる。ここで c は光速度であり、電荷密度の次元を電流密度の次元に換算する定数である。 電荷・電流密度は連続の方程式 を満たす。 電荷・電流密度は電磁場の源（ソース）でありマクスウェルの方程式 を満たす。ここで F は電磁場テンソル、A は電磁ポテンシャルである。 また、μ0は透磁率である。 また、電荷・電流密度は、電磁場からローレンツ力 を受ける。.

光速

光速（こうそく、speed of light）、あるいは光速度（こうそくど）とは、光が伝播する速さのことであるニュートン (2011-12)、pp. 24–25.。真空中における光速の値は （≒30万キロメートル毎秒）と定義されている。つまり、太陽から地球まで約8分20秒（8分19秒とする場合もある）、月から地球は、2秒もかからない。俗に「1秒間に地球を7回半回ることができる速さ」とも表現される。 光速は宇宙における最大速度であり、物理学において時間と空間の基準となる特別な意味を持つ値でもある。 現代の国際単位系では長さの単位メートルは光速と秒により定義されている。光速度は電磁波の伝播速度でもあり、マクスウェルの方程式で媒質を真空にすると光速が一定となるということが相対性理論の根本原理になっている。 重力作用も光速で伝播することが相対性理論で予言され、2002年に観測により確認された。.

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電磁場

電磁場（でんじば,, EMF）、あるいは電磁界（でんじかい）は、電場（電界）と磁場（磁界）の総称。 電場と磁場は時間的に変化する場合には、互いに誘起しあいながらさらにまた変化していくので、まとめて呼ばれる。 電磁場の変動が波動として空間中を伝播するとき、これを電磁波という。 電場、磁場が時間的に一定で 0 でない場合は、それぞれは分離され静電場、静磁場として別々に扱われる。 電磁場という用語を単なる概念として用いる場合と、物理量として用いる場合がある。 概念として用いる場合は電場の強度と電束密度、あるいは磁場の強度と磁束密度を明確に区別せずに用いるが、物理量として用いる場合は電場の強度と磁束密度の組であることが多い。 また、これらの物理量は電磁ポテンシャルによっても記述され、ラグランジュ形式などで扱う場合は電磁ポテンシャルが基本的な物理量として扱われる。このような場合には電磁ポテンシャルを指して電磁場という事もある。 電磁場のふるまいは、マクスウェルの方程式、あるいは量子電磁力学(QED)によって記述される。マクスウェルの方程式を解いて、電磁場のふるまいについて解析することを電磁場解析と言う。.

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電気素量

電気素量 （でんきそりょう、elementary charge）は、電気量の単位となる物理定数である。陽子あるいは陽電子1個の電荷に等しく、電子の電荷の符号を変えた量に等しい。素電荷（そでんか）、電荷素量とも呼ばれる。一般に記号 で表される。 原子核物理学や化学では粒子の電荷を表すために用いられる。現在ではクォークの発見により、素電荷の1/3を単位とする粒子も存在するが、クォークの閉じ込めにより単独で取り出すことはできず、素電荷が電気量の最小単位である。 素粒子物理学では、電磁相互作用のゲージ結合定数であり、相互作用の大きさを表す指標である。 SIにおける電気素量の値は である2014年CODATA推奨値。SIとは異なる構成のガウス単位系（単位: esu）での値は であるParticle Data Group。.

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電流密度

電流密度（でんりゅうみつど）は、単位面積に垂直な方向に単位時間に流れる電気量（電荷）のことであり、電気量についての流束である。単位としては A/m² が用いられる。電気導体に電界 E が与えられたときの電流密度 J は、 である。ここに比例定数 σ は電気伝導率 あるいは導電率（conductivity）といい、単位は S/m である。電気伝導率の逆数 ρ.

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