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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第23期無線工学第9章電磁気 (1)静電気に関するクーロンの法則
2018年11月18日 9時30分の記事
 
             第8章電磁気
    (1)静電気に関するクーロンの法則

今回は、「静電気に関するクーロンの法則」についての
お話です。クーロンの法則は、電気的な現象を理解する
上で、最も基本的な法則ですので、完全に理解して下さ
い。次回お話をします電界等、これから出てきます式に
関係しますので、この式が理解できませんと前へ進めま
せん。

クーロンの法則には、「静電気に関するクーロンの法則
」と「磁気に関するクーロンの法則」があります。
クーロンの法則に限らず、静電気のお話に出て来る式は
、文字を変えると磁気に関する式になりますので、静電
気が理解出来ますと、後は、皆様自身が、受験参考書で
磁気に関する内容を読めば分かる様になります。

さて、クーロンの法則は、簡単な式で表されますが、簡
単な式に限らず、は、暗記するものでは、なく何を意
しているかを理解する重要です。
式の意味が分かれば、自然と頭に入りますが、意味もわ
からずに、暗記しますと、すぐに記憶から消えてしまい
役に立たなくなります。
特に、 無線従事者試験の最高峰である第1級陸上無線技
術士のアンテナと電波伝搬には、沢山の式が出てきます
が、それらの式を使えなければなりません。沢山の式を
意味が分からずに暗記する事は、不可能です。

それでは、「電気とは、何か?」と言う事の復習から始
めます。 詳細は、工学第1章「空中線と電波伝搬」の 1
回目でお話をしていますので、読み直しておいて下さい


電気の正体は、原子の陽子に、”+”。電子には、”” の
電気の性質があり、いくつかの電子が原子から離れる事
それぞれの性質が見えてくると言う事をお話しました

つまり、1 つの原子の中の陽子の数と電子の数が同じで
あれば、その原子は、電気的な性質を示さないと言う事
です。
それでは、陽子と電子が分かれる事でどの様な事が起こ
るのか基本となる「クーロンの法則」についてのお話を
します。</p>
<p>
原子から離れた電子は、”−”の電気の性質を示します
また、電子が抜けた原子は、”+”の電気の性質を示しま

(原子は、電子と原子核で出来ています。原子核は 中性
子と陽子で出来ています。中性子には、電気的な性質が
ありませんが陽子には ”+”の電気の性質があります。
よって原子は、電子の抜けた数だけ”+” の電気の性質を
示す事になります。)

電子が抜けた原子と 電子の絵を 一々描いていたのでは、
大変ですのでそれぞれを丸で描きます。
そして、その丸を電荷と呼びます。
電荷自体は、大きさをもちません。
下の図-2をご覧ください。
”+” の電荷とは、電子の数が陽子の数より少なくなった
原子の事です。
”の電荷とは、自由電子の事です。
自由電子とは、陽子の束縛を逃れて自由になった電子の
事を言います。覚えておいて下さい。重要です。
電荷同士に働く力
+電荷同士及び
電荷同士の間には反発する
が働きます。
+の電荷との電荷の間には引きあう力が働きま
す。

それでは、どの位の力が働くのでしょうか?
2つの電荷Q1とQ2 の間に働く力を F [N] (ニュートン)
としますと以下の式が成り立ちます。(単位は 非常に重
ですので、覚えておいて下さい</span>。)
クーロンの法則
Q1と Q2 と言う電荷が有ったとします。
それぞれの電荷には、電気の量がありその単位は、[C](
クーロンと読みます)です。
電荷同士の間の距離は、r です。
この式を理解する上で大変重要な事があります。
これは、 クーロンの法則だけではなく様々な面で重要と
なる事です。
皆様は、ある場所から音を出した時、遠くへ行く程 音が
小さくなる事を経験されていますネ。
それは、どうしてでしょうか?
「音の発生している場所から遠く離れたから。」では 私
の質問に答えた事になりません。
私は、「音の発生している場所から離れると 音が小さく
聞こ
える理由は?」と聞いています。
質問の趣旨が分かりませんと 試験問題に答える事が出来
ません。実際の試験問題は、1 問あたり6分です。2分で
問題の趣旨を知り、1.5分でどの様に解くか考えます。
次の1.5 分で計算等をして答えを導きます。後の1分は、
試験の最後に1問当たりの見直しの為の時間となります。

図-6をご覧下さい。
エネルギーの広がり
真ん中の赤い玉を音源とします。 薄い水色は、 赤い玉
と同心円の球だと思って下さい。
赤い玉から距離 r の球の表面積は、r が 大きくなる程
大きくなります。
音源から出た 音のエネルギーの全部が 球の全表面を通
過します。
と言う事は  球の表面の単位面積を通過るす音のエネル
ギーは、距離 rが大きくなる程、球の表面積が大きくな
る為に 単位面積当たりの音のエネルギーが 小さくなる
事が分かります。
よって、 音源から遠くなる程、 皆様がいる所の単位面
積当たりの音のエネルギーが小さくなるので音が  小さ
くなると言う訳です。
これは  電波を輻射した所から離れる程、電波が弱くな
るのと同じ事です。
けして 送信アンテナから遠くへ行くほど 減衰するから
では  ありません。勿論、送信アンテナと受信アンテン
の間に電波を減衰させるような物があれば  減衰します
が、今のお話は  その様な物が無い自由空間のお話です

その証拠に電波の一種である光は  何億光年も先の宇宙
から飛んできます。
もし、 距離が離れる程、減衰するのであれば、 何億光
年もの間に光は  消滅しているはずですので光の届く距
離は、決まってくるハズです。


お話をクーロンの法則に戻します。

式の中で赤い字で書いて有る所が球の表面積を表します

皆様が目にされる参考書では、距離の二乗に反比例と書
かれていますが、これは、球の表面積の求め方を知らな
人向けの書き方です。表面積に反比例と理解する方が
、より式が示している事を正しく読み取った事になりま
す。
”表面積に反比例”と言う考え方は、次回の電界のお話で
大変重要な役割をします。
式は、 ”覚えるものでなく” 、式の中に出て来る 文字同
士がどの様な関係にあるかを示すものと考えて下さい。


今回の記事は、大変重要ですので、普段、記事をお買いに
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ここまで続けてこられま
したのは、皆様方のお陰と感謝して
います。
今後も、低価格で分かりやすい合格の為の講座を続けてま
いる所存ですので、宜しくお願いいたします。
「時は、金なり」と言いますが、50円を有効に使えていますか

本文には、見本部分の数倍の記事が書いてあります。
2月期の試験は、航空大学校の入学や就職にと大変重要
試験になります。
独学が難しい事は、特集記事でお話した通りです。
試験迄は、思った程、時間がありません。
時間を無駄にして後悔されない様、本文をお読み下さい。



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[カテゴリ:無線工学]
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