【電場と電位】「電場」と「電位」の違いがわかりません。
電磁気の分野で，「電場の強さを求めよ。」とか「電位を求めよ。」という問題をよく見かけますが，２つの違いがよくわかりません。
進研ゼミからの回答
【質問内容】
《「電場」と「電位」の違いがわかりません。》
電磁気の分野で,「電場の強さを求めよ。」とか「電位を求めよ。」という問題をよく見かけますが,2つの違いがよくわかりません。
【質問への回答】
●「電場」と「電位」のそれぞれの意味。
電荷が電気的な力を受ける空間を「電場」といいます。そして,その空間内のある点での電場は,その点で+1Cの正電荷が受ける静電気力で表します。
力学で,「重力に逆らって,外力が物体をもち上げる仕事をするとき,その仕事は重力による位置エネルギーになる。」ことを習ったと思います。同じようにして,+1Cの正電荷がもつ静電気力による位置エネルギーを「電位」といいます。
つまり,電場(+1Cの正電荷にはたらく静電気力)に逆らって外力が仕事をするとき,その仕事が電位(+1Cあたりの静電気力による位置エネルギー)となるのです。
「電場」と「電位」に意味をまとめると
電場⇒+1Cの正電荷にはたらく静電気力。ベクトル。
電位⇒+1Cの正電荷がもつ静電気力による位置エネルギー。スカラー。
となります。2つの関係は,力学における「カ」と「位置エネルギー」の関係に対応させて考えるとわかりやすくなります。
●「電場」と「電位」の違いを,具体的に力学と対応させて確認してみましょう。
①:コンデンサーのようなー様な電場の場合は⇒「重力」と「重力による位置エネルギー」
②:点電荷がつくる電場の場合は⇒「万有引力」と「万有引力による位置エネルギー」
の違いとよく似ています。
①:一様な電場の場合
図にして比べてみると,下のように対応させることができます。
質量m〔kg〕の物体にはたらく重力の大きさはmg〔N〕ですから,基準(位置エネルギー0)の位置からの高さがh〔m〕の位置での物体の位置エネルギーは、mgh〔J〕となります。
同様に考えて,+1Cの正電荷にはたらく静電気力の大きさ(電場の強さ)は1・E〔N〕なので,基準の位置から距離d〔m〕だけはなれた位置での正電荷の位置エネルギー(電位)V〔V〕は,V=Ed〔V〕となることがわかります。
「万有引力」と「電場」はそれぞれ距離の2乗に反比例し,「万有引力による位置エネルギー」と「電位」は距離に反比例します。式の形がよく似ていることがわかります。
●次に,図でも「電場」と「電位」の関係を見てみましょう。
電場(+1Cの正電荷にはたらく静電気力)に逆らって外力が仕事をするとき,その仕事が電位(静電気力による位置エネルギー)でしたので,
【学習アドバイス】
「電場」と「電位」の意味だけでなく,「電場」と「電位」の関係についてもしっかり押さえておきましょう。
グラフをイメージできると,迷わず問題を解けると思います。
これからも進研ゼミ高校講座にしっかりと取り組んでいってくださいね。
