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古典電磁気学

索引 古典電磁気学

古典電磁気学または古典電気力学は、電荷と電流の間の電磁気力について研究する理論物理学の一分野である。対応する長さや電磁場の強さが量子力学的効果に影響されないほど十分大きければ、電磁現象をうまく説明できる(量子電磁力学参照)。古典電磁気学の基礎物理学的側面は、『ファインマン物理学』、パノフスキーらの『電磁気学』、『ジャクソン電磁気学』などで紹介されている。 電磁気学は19世紀に発展したが、その中でも特にジェームズ・クラーク・マクスウェルが重要な役割を果たした。電磁気学の歴史については、パウリの『相対性理論』、数学者E・T・ホイッタカーの著書、A・パイスのアインシュタインの伝記などに詳しい。 Ribarič and Šušteršič (1990)では、1903年から1989年までの約240の文献を参照・研究し、古典電気力学の分野で現代においても未解決の1ダースほどの問題を提示している。ジャクソンが古典電気力学最大の問題としたのは、基本方程式について2つの極端な場合においてしか解が得られていないという点である。すなわち、電荷または電流が与えられ、そこから電磁場を計算して求める場合と、外部の電磁場が与えられ、荷電粒子や電流の動きを計算して求める場合である。時折、この2つを組み合わせることもある。しかし、その場合の取り扱いは段階的に行われる。まず、外部電磁場内の荷電粒子の動きをそれ自身の電磁放射を無視して計算し、次いでその軌道に基づいてその電荷の電磁放射を計算する。このような電気力学における問題の扱い方は近似的な妥当性しか持ち得ないことは明らかである。電荷と電流の相互作用やそれらが放射する電磁場は無視することができず、結果としてそうした電気力学系についての我々の理解は限定的なものとなっている。1世紀に渡る努力にもかかわらず、広く受け入れられた荷電粒子の古典的運動方程式は未だに存在しないし、関連する実験データも存在しない。.

41 関係: 力学古典物理学古典電子半径場の量子論場の量子論の歴史局所実在論ハンフリー・デービーヨハン・ロシュミットボーア=ファン・リューエンの定理トンネル磁気抵抗効果ヘンドリック・ローレンツプロトン磁力計パリティ (物理学)フラックス・ゲートセンサアンドレ=マリ・アンペールクライン=仁科の公式ゲージ理論セクター型質量分析計ゼロ磁場核磁気共鳴ゼーマン効果光ポンピング磁力計磁気インピーダンス素子磁気センサ磁気抵抗効果素子積分法環電流物理学に関する記事の一覧発散 (ベクトル解析)遷移層調和関数質量電荷比軌道 (力学)量子論電磁場の量子化電磁ポテンシャルGSRセンサS-双対残響室漸近的に平坦な時空振動試料型磁力計

力学

力学(りきがく、英語:mechanics)とは、物体や機械(machine)の運動、またそれらに働く力や相互作用を考察の対象とする学問分野の総称である。物理学で単に「力学」と言えば、古典力学またはニュートン力学のことを指すことがある。 自然科学・工学・技術の分野で用いられることがある言葉であるが、社会集団や個人の間の力関係のことを比喩的に「力学」と言う場合もある。.

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古典物理学

古典物理学(こてんぶつりがく、Physics in the Classical Limit)とは、量子力学を含まない物理学。その多くは量子力学が発達する前の原理に基づいて体系だてられたものだが、量子力学と同時またはそれ以降に構築された特殊相対性理論、一般相対性理論も含まれる。現代物理学の対義語では必ずしもないので注意を要する。.

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古典電子半径

古典電子半径(こてんでんしはんけい、classical electron radius)とは、ローレンツの電子論(ローレンツのでんしろん、Lorentz's theory of electron)の中で論じられる古典的な電子の半径の事で、CODATAから発表される物理定数の1つである。その値は と与えられる(2014CODATA推奨値)。ここで は電気素量、 は真空中の光速、 は電子の質量、 は真空の誘電率である。.

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場(ば、field、工学分野では電界・磁界など界とも)とは、物理量を持つものの存在が、その近傍・周囲に連続的に影響を与えること、あるいはその影響を受けている状態にある空間のこと。.

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場の量子論

場の量子論(ばのりょうしろん、英:Quantum Field Theory)は、量子化された場(素粒子物理ではこれが素粒子そのものに対応する)の性質を扱う理論である。.

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場の量子論の歴史

場の量子論の歴史は、場の量子論が成立する歴史的背景について述べる。.

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局所実在論

物理学において、局所実在論とは、素朴実在論と局所性を仮定して記述された物理のことである。 局所実在論の例としては、古典力学、古典電磁気学、古典計算機の理論などがある。 局所実在論が満たすべき式であるベルの不等式を量子論が破ることが発見されたことで、量子論は局所実在論を包含する理論であることが明らかになった。.

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ハンフリー・デービー

初代準男爵、サー・ハンフリー・デービー(Sir Humphry Davy, 1st Baronet、1778年12月17日 - 1829年5月29日)は、イギリスの化学者で発明家David Knight, ‘Davy, Sir Humphry, baronet (1778–1829)’, Oxford Dictionary of National Biography, Oxford University Press, 2004 。アルカリ金属やアルカリ土類金属をいくつか発見したことで知られ、塩素やヨウ素の性質を研究したことでも知られている。ベルセリウスは On Some Chemical Agencies of Electricity と題したデービーの1806年の Bakerian Lectureを「化学の理論を豊かにした最良の論文のひとつ」としている, 。この論文は19世紀前半の様々な化学親和力理論の核となった。1815年、デービー灯を発明し、可燃性の気体が存在しても坑夫が安全に働けるようになった。.

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ヨハン・ロシュミット

ヨハン・ヨーゼフ・ロシュミット(Johann Josef Loschmidt、1821年3月15日 カールスバート近郊プチルン Putschirn(現チェコ・ポチェルニ Počerny)- 1895年7月8日)は、オーストリアの化学者、物理学者である。1872年からウィーン大学で物理化学の教授を務めた。研究分野は熱力学、電気力学、光学、結晶におよぶ。 ロシュミットは、1856年気体分子の大きさを求めた。1861年ベンゼンの構造を有名なケクレに先駆けて発見した。 1865年にアボガドロ定数の計算を行ったので、ドイツ語圏の国では、現在もアボガドロ数をロシュミット数と呼ぶことがある。または0℃、1気圧の1cm3の体積に含まれる分子の数をロシュミット数(NL.

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ボーア=ファン・リューエンの定理

ボーア=ファン・リューエンの定理(―のていり、Bohr-van Leeuwen theorem)は固体物理学の定理であり、古典力学を適用すると熱平衡にある物質の磁化は0であるという定理である。これは古典力学では電子の集団の自由エネルギーは磁場に依存しないことから導かれる。これにより磁性は量子力学的効果だけによるものであり、よって古典物理学では反磁性、常磁性、強磁性などを説明できないということを意味する。ヴァン・ヴレックはボーア=ファン・リューエンの定理を簡潔に「いかなる有限の温度、有限の電場・磁場の下でも、熱平衡にある電子集団の磁化は結局はないに等しい。」と述べた。.

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トンネル磁気抵抗効果

トンネル磁気抵抗効果(とんねるじきていこうこうか・TMR Effect)とは、磁気トンネル接合(MTJ)素子において磁場の印加でトンネル電流が流れて電気抵抗が変化する現象であり、TMR効果とも呼ばれる。.

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ヘンドリック・ローレンツ

ヘンドリック・アントーン・ローレンツ(Hendrik Antoon Lorentz、1853年7月18日 - 1928年2月4日)は、オランダの物理学者。ゼーマン効果の発見とその理論的解釈により、ピーター・ゼーマンとともに1902年のノーベル物理学賞を受賞した。ローレンツ力、ローレンツ変換などに名を残し、特に後者はアルベルト・アインシュタインが時空間を記述するのに利用した。.

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プロトン磁力計

プロトン磁力計(プロトンじりょくけい、proton precession magnetometer, PPM)または磁気共鳴型磁気センサは、水素原子核=陽子(プロトン)の核磁気共鳴を利用して磁場の大きさを計測することを目的とした計測器。.

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パリティ (物理学)

物理学において、パリティ変換 (parity transformation) は一つの空間座標の符号を反転させることである。パリティ反転 (parity inversion) とも呼ぶ。一般的に、三次元におけるパリティ変換は空間座標の符号を三つとも同時に反転することで記述される: パリティ変換の3×3行列表現 P は−1に等しい行列式を持つため、1に等しい行列式を持つ回転へ還元することができない。対応する数学的概念は点対称変換である。 二次元平面では、パリティ変換は全ての条件の同時反転、数学的には180°の回転ではない。P行列の行列式が−1であること、つまりパリティ変換はxとyの両方ではなくどちらかの符号を反転させる二次元での180°回転ではないということが重要である。.

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フラックス・ゲートセンサ

フラックス・ゲートセンサ(Fluxgate Sensor)は、磁場の大きさを計測することを目的とした磁気センサ。.

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アンドレ=マリ・アンペール

アンドレ=マリ・アンペール(André-Marie Ampère, 1775年1月20日 - 1836年6月10日)は、フランスの物理学者、数学者。電磁気学の創始者の一人。アンペールの法則を発見した。電流のSI単位の アンペアはアンペールの名にちなんでいる。.

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クライン=仁科の公式

ライン=仁科の公式(クライン=にしなのこうしき、)は、量子電磁力学の最低次での、束縛を受けていない自由電子による光散乱の散乱断面積を与える関係式である。可視光など低周波数領域ではトムソン散乱となり、X線やガンマ線などの高周波数領域ではコンプトン散乱となる。1929年にスウェーデンの物理学者であるオスカル・クラインと日本の物理学者である仁科芳雄の2氏により導かれた。これはディラック方程式を用いた量子電磁力学による初期の研究成果であり、相対論と量子論の効果を考慮する事で光散乱の精密な関係式が得られたものである。クライン=仁科の公式が導かれる以前にも、電子の発見者でもあるイギリスの物理学者のJ. J. トムソンによって、古典的な力学及び電磁気学であるニュートン力学と古典電磁気学に基づいた散乱断面積の式(トムソンの公式)が導かれていたが、散乱実験の結果はトムソンの公式では説明が不可能な程の大きなずれを有していた。これは、短波長領域では当時まだ知られていなかったコンプトン散乱がトムソン散乱に比して強くなる為であるが、1923年にアメリカの物理学者であるアーサー・コンプトンによってコンプトン効果による波長のずれを求める公式が示され、後にその公式を考慮に入れて散乱断面積を計算した結果、実験の結果と完全に一致する公式となるクライン=仁科の公式が導かれる事となった。 入射光子の波長を 、散乱光子の波長を とすると、散乱角 の方向への微分断面積は で与えられる。但し、 は微細構造定数、 は電子のコンプトン波長で、それぞれ真空の誘電率 と真空中の光速 や電気素量 及び電子の質量 とプランク定数 やディラック定数 を用いて と定義される物理定数である。コンプトン効果により、散乱光子の波長は入射光子の波長と散乱角によって決まり となる。 長波長領域 では、光子の波長の比が となり、微分断面積は となる。また、古典電子半径 を と定義してクライン=仁科の公式を表せば となってトムソンの公式が得られる。.

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ゲージ理論

ージ理論(ゲージりろん、gauge theory)とは、連続的な局所変換の下でラグランジアンが不変となるような系を扱う場の理論である。.

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セクター型質量分析計

A five sector mass spectrometer セクター型質量分析計(せくたーがたしつりょうぶんせきけい、)とは、静電セクター、磁気セクター、またはこれら二つの(空間的に分離された)組み合わせを分析部に用いる質量分析計の分類である。広く普及しているセクター組み合わせとしては、BEB(磁気-電気-磁気)が挙げられる。最新のセクター型分析計は、イオンビームの方向および速度を収束させることのできる二重収束型質量分析計(1936年に、、により開発)である。.

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ゼロ磁場核磁気共鳴

磁場核磁気共鳴(ゼロじばかくじききょうめい)またはゼロ磁場NMRは、磁場の無い環境で分子の構造や運動状態などの性質を調べる核磁気共鳴(NMR)分析方法である。.

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ゼーマン効果

ーマン効果(ゼーマンこうか、Zeeman effect)は原子から放出される電磁波のスペクトルにおいて、磁場が無いときには単一波長であったスペクトル線が、原子を磁場中においた場合には複数のスペクトル線に分裂する現象である。原子を電場中に置いた場合のスペクトル線の分裂はシュタルク効果という。.

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光ポンピング磁力計

光ポンピング磁力計(ひかりポンピングじりょくけい optically pumped atomic magnetometer)または光ポンピング原子磁気センサは、光ポンピングを利用して磁場の大きさを計測することを目的とした計測器。.

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磁気インピーダンス素子

磁気インピーダンス素子(じきインピーダンスそし、Magneto-Impedance element)は、アモルファス合金ワイヤや磁性体薄膜などの高透磁率合金磁性体の磁気インピーダンス効果(1993年発見)を基礎に、パルス通電磁気インピーダンス効果をCMOS電子回路で実現した新原理の高感度マイクロ磁気センサ(1997年発明、MIセンサと称する)のことである。.

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磁気センサ

磁気センサ(じきセンサ)は、磁場(磁界)の大きさ・方向を計測することを目的としたセンサ。 測定対象磁場の強さ、交流・直流の別や測定環境等、目的に応じて多種多様な磁気センサが存在する。用途は、純粋な磁場計測のみならず、電流センサ、磁気ヘッド、移動体探知器等、電気・電子系をはじめとして、ありとあらゆる工学分野に亘っており、各種のセンサの中でも極めて多彩な部類といえる。 なお、磁界センサ、磁力計等、多くの同義語が存在する。.

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磁気抵抗効果素子

磁気抵抗効果素子(じきていこうこうかそし、Magneto Resistive Sensor)またはMRセンサーは、固体の電気抵抗が磁界によって変化する磁気抵抗効果を利用して磁場の大きさを計測することを目的とした磁気センサ。.

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積分法

積分法(せきぶんほう、integral calculus)は、微分法と共に微分積分学で対を成す主要な分野である。 実数直線上の区間 [a, b] 上で定義される実変数 x の関数 f の定積分 (独: bestimmte Integral, 英: definite integral, 仏: intégrale définie) は、略式的に言えば f のグラフと x-軸、および x.

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環電流

誘導磁場を示している。 環電流(かんでんりゅう、ring current)は、ベンゼンやナフタレンといった芳香族分子において観察される効果である。磁場が芳香族系の平面に対して垂直に位置している時、芳香環の非局在π電子に環電流が誘起される。これはアンペールの法則の直接の結果である。ほとんどの非芳香族分子中の電子は特定の結合に局在するが、非局在π電子は自由に巡回するため、磁場に対してより強く応答する。 芳香族環電流はNMR分光法と関連している。環電流は有機あるいは無機芳香族分子中の13Cおよび1H核の化学シフトに劇的に影響する。この効果によって、これらの原子核の置かれている状態を区別することができ、ゆえに分子構造決定において非常に有用である。ベンゼンでは、芳香環のプロトンの位置では環電流による誘導磁場が外部磁場と同じ方向を向くため反遮蔽を受け、化学シフトは7.3 ppmを示す(シクロヘキセン中のビニルプロトンの化学シフトは5.6 ppmである)。一方、芳香環の内部に存在するプロトンは誘導磁場と外部磁場が逆方向を向くため遮蔽を受ける。この効果はシクロオクタデカノナエン(アヌレン)で観測することができ、内部に位置する6つのプロトンの化学シフトは−3 ppmである。 反芳香族性化合物では状況は逆転する。アヌレンのジアニオンでは、内部プロトンは強力な反遮蔽効果を受け化学シフトは20.8 ppmおよび29.5 ppmを示す一方、外部プロトンは(相対的に)顕著に遮蔽され、化学シフトは−1.1 ppmを示す。このように、反磁性環電流あるいはジアトロピック (diatropic) 環電流は芳香族性と関連しており、パラトロピック (paratropic) 環電流は反芳香族性を示す。 同様の効果は三次元のフラーレンでも観測される。この場合は球電流(sphere current)と呼ばれる。 古典電気力学の法則のようにジアトロピック寄与のみを与える概略図と対比すると、完全な量子力学によって得られた図では(概略図中の)反時計回りの渦としてパラトロピック寄与も得られる。これらはベンゼンのC6環の内部の分子平面に主に位置している。.

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物理学に関する記事の一覧

物理学用語の一覧。物理学者名は含まない。;他の物理学関係の一覧.

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発散 (ベクトル解析)

ベクトル解析における発散(はっさん、divergence)は、各点においてベクトル場のの大きさを符号付きスカラーの形で測るベクトル作用素である。より技術的に言えば、発散が表すのは与えられた点の無限小近傍領域から出る流束の体積密度である。例えば、空気を熱したり冷ましたりするものとして考えると、各点において空気の移動速度を与えるベクトル場を例にとることができる。領域内で空気を熱すれば空気は全方向へ膨張していくから、速度場は領域の外側をさしていることになり、従って速度場の発散はこの領域で正の値をとり、この領域は流入(あるいは湧き出し、湧出、source)域であることが示される。空気を冷まして収縮させるなら、発散の値は負となり、この領域は流出(あるいは沈み込み、排出、sink)域と呼ばれる。.

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遷移層

TRACEによる波長19.5 nmの画像。遷移層は、太陽表面の上の明るい霧のように見える。 遷移層(Solar transition region)は、太陽の大気で彩層とコロナの間の領域である 。 紫外線望遠鏡を用いて宇宙から観測することができる。いくつかの無関係だが重要な遷移が起こっているため、重要である。.

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調和関数

帯上で定義された調和関数 数学における調和関数(ちょうわかんすう、harmonic function)は、ラプラス方程式を満足する二回連続的微分可能な関数のことをいう。 調和関数に関する重要な問題はディリクレ問題である。ディリクレ問題の解決方法にはいくつかあるが、その中でも重要な一般的方法はディリクレの原理である。 20世紀には、、、小平邦彦らが調和積分論の発展の中心的な役割を果たした。.

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質量電荷比

質量電荷比(しつりょうでんかひ、mass-to-charge ratio)は、荷電粒子の質量と電荷の比である。 例えば、電子光学やイオン光学などの荷電粒子の電気力学において、広く用いられる物理量である。たとえば、リソグラフィ、電子顕微鏡、陰極線管、加速器、核物理学、オージェ電子分光、宇宙論、質量分析のような多くの科学分野で登場する。これらの分野では、同じ真空の電磁場にある同じ質量電荷比をもった二つの粒子は同じ経路を運動するという古典電気力学の法則が重要な意味をもつ。.

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軌道 (力学)

2つの異なる質量の物体が、同じ重心の周りの軌道を回っている 軌道(きどう、orbit)とは力学において、ある物体が重力などの向心力の影響を受けて他の物体の周囲を運動する経路を指す。.

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量子論

量子論(りょうしろん)とは、ある物理量が任意の値を取ることができず、特定の離散的な値しかとることができない、すなわち量子化を受けるような全ての現象と効果を扱う学問である。粒子と波動の二重性、物理的過程の不確定性、観測による不可避な擾乱も特徴である。量子論は、マックス・プランクのまで遡る全ての理論、、概念を包括する。量子仮説は1900年に、例えば光や物質構造に対する古典物理学的説明が限界に来ていたために産まれた。 量子論は、相対性理論と共に現代物理学の基礎的な二つの柱である。量子物理学と古典物理学との間の違いは、微視的な(例えば、原子や分子の構造)もしくは、特に「純粋な」系(例えば、超伝導やレーザー光)において特に顕著である。しかし、様々な物質の化学的および物理的性質(色、磁性、電気伝導性など)のように日常的な事も、量子論によってしか説明ができない。 量子論には、量子力学と量子場理論と呼ばれる二つの理論物理学上の領域が含まれる。量子力学はの場の影響下での振る舞いを記述する。量子場理論は場も量子的対象として扱う。これら二つの理論の予測は、実験結果と驚くべき精度で一致する。唯一の欠点は、現状の知識状態では一般相対性理論と整合させることができないという点にある。.

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電磁場の量子化

電磁場の量子化(でんじばのりょうしか)とは、電磁場を量子化することである。量子化によって電磁場は光子の集まりであることがわかる。つまり、光子の状態を表す電磁ポテンシャルの時間微分が電場、空間微分が磁場である。 電磁場の量子化には2通り考えられる。1つ目の方法は、場の量子論の知識によって古典的な電磁場を量子化して、量子化された電磁場を得る方法である。 2つ目の方法は、古典電磁気学と解析力学によって「古典的な電磁場は、無限個の古典的な調和振動子の集まりと等価である」ことを示し、その調和振動子を量子力学の知識によって量子化する。すると無限個の量子的な調和振動子を得られるが、それを量子化された電磁場と考える。以下ではこちらの方法について述べる。.

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電磁ポテンシャル

電磁ポテンシャル(でんじポテンシャル)とは、電磁場のポテンシャル概念で、スカラーポテンシャルとベクトルポテンシャルの総称である。 物理学、特に電磁気学とその応用分野で使われる。 以下断りがない限り、古典電磁気学のケースを想定して説明する。.

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GSRセンサ

GSRセンサ(GHz-Spin-Rotation Sensor)は、電子スピンを制御して、磁気を検出する新原理の高感度磁気センサである。.

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S-双対

論物理学では、S-双対(S-duality)は、2つの物理理論の等価のことで、この物理理論は場の量子論でも弦理論でもよい。S-双対は、計算することが難しい理論をより計算し易い理論に結びつけるので、理論物理で計算する際に有益である。Frenkel 2009, p.2 場の量子論では、S-双対性は、古典電磁気学で良く知られた事実、すなわち、電場と磁場の交換の下にマクスウェルの方程式の不変であると言う事実を一般化したものである。場の量子論で最も早く知られたS-双対の例の一つは、(Montonen-Olive duality)で、N.

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残響室

残響室(ざんきょうしつ)は、壁面などの音の吸収を抑え、長い残響が生じるように設計された音響実験室。 残響室は、音場 (sound field) の拡散、ないし、ランダムな発生を生み出すように、すなわち、短時間のうちに画一的な音響エネルギーが与えられ、ランダムな方向への音の発生が生じるように、設計された部屋であり、比較的大きな部屋になりがちであるが、これによって音場は広がり音波の経路は長くなる。また、露出した壁面の表面は コンクリートや、タイル貼りなど、大変硬くできている。硬い壁面によって生じる、音響インピーダンスの空気に対しての変化が大きいため、壁面に達する音響エネルギーのほとんど全てが室内に跳ね返される。室内の壁面を天井も含めて調整し平行な面を作らないようにすることで、定常波が生じないよう工夫されており、さらに、より反響を生じやす壁面を生み出すために、音響を拡散させる仕掛け (diffusers) が施されたり、さらに特定の音場が強調されることもある。 残響室はおもに、建築物の内装用素材などの吸収係数や、スピーカーの音の放射効率の計測といった音響学的実験に用いられる。また、自動車などの遮音性能を調べたり、二つの残響室を開口部でつないでそこに遮音物を設置してその遮音特性を計測することもある。 また、音響に用いられるだけでなく、電気力学でも用いられ、例えば、、音源のの計測などに使われる。こうした様々な技術的試験において、残響室の音場は拡散的なものであることが想定されており、通常は広帯域の音源であるホワイトノイズやピンクノイズが用いられ、可聴域の全体にわたって音響エネルギーが存在する音場が得られる。.

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漸近的に平坦な時空

漸近的に平坦な時空(ぜんきんてきにへいたんなじくう、)とは、大雑把に言えばある領域から十分に離れると曲率がゼロになり、ミンコフスキー空間と区別がつかなくなるようなローレンツ多様体のことをいう。 この用語は一般のローレンツ多様体に対しても適用できるが、、特に一般相対性理論における場の方程式の解としての時空に対して用いられることが最も多い。この場合、漸近的に平坦な時空とは重力場および物質その他の場がある領域よりも十分に離れれば無視できるような時空ということができる。特に、漸近的に平坦な真空解では、重力場(曲率)が重力源(典型的には星などの孤立した有限質量物体)から十分離れれば無視できる。.

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振動試料型磁力計

振動試料型磁力計(Vibrating Sample Magnetometer)は、物質の磁化特性を計測することを目的とした磁力計。.

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