最終更新日: 2024 年 7 月 22 日

電磁力またはローレンツ力

画像の説明: ローレンツ力は、電磁場中を移動する荷電粒子に作用する基本的な力です。

基本的な力

オランダの物理学者ヘンドリック・ローレンツ (1853-1928) によるローレンツ力は、電磁場中を移動する荷電粒子に作用する基本的な力です。
この力は、雷雨、送信アンテナ、変圧器、ハードドライブ、MRI スキャナー、粒子加速器、磁気浮上列車など、電場と磁場が存在する環境における荷電粒子の挙動を理解するために不可欠です。
ローレンツ力は、自然界の 4 つの基本的な力の 1 つである電磁相互作用の直接的な発現であるため、基本的な力とみなされます。

ローレンツの公式

ローレンツ力は、荷電粒子に対する電場と磁場の作用を表します: \( \vec{f} = q_e \vec{e} + q_b \vec{v} \times \vec{B} \)

F はローレンツ力 (ニュートン、N)、
q は粒子の電荷 (クーロン、C)、
E は電場 (1 メートルあたりのボルト、V/m)、
v は粒子の速度 (メートル/秒、m/s)、
B は磁場 (テスラ、T)、
×は外積を表します。

項 qE は、電場によって粒子に加えられる力を表します。ローレンツ力のこの成分は粒子の速度とは独立しており、電場の方向に作用します。力は粒子の電荷と電場の強さに比例します。

qv × B という項は、磁場によって粒子に加えられる力を表します。この力は粒子の速度に依存し、粒子の速度の方向と磁場の方向の両方に垂直です。それは粒子の電荷、粒子の速度、磁場の強さに比例します。
磁力は常に運動方向に対して垂直であるため、磁力は粒子に作用しません。したがって、粒子の運動エネルギーは変更せずに、粒子の速度の方向のみを変更します。

結論

ローレンツ力は、自然の 4 つの基本的な力の 1 つである電磁相互作用の現れです。これは、電場および磁場の存在下での荷電粒子の挙動を理解するために不可欠であり、多くの物理現象や技術的応用において重要な役割を果たします。その基本的な性質は、電磁気学の原理からの直接的な導出と、特殊相対性理論と量子電気力学の枠組み内での統一的な記述に根ざしています。
ローレンツ力は普遍的であり、電子、陽子、イオンなど、すべての荷電粒子に適用されます。