静電場の回転: rotE( r )=0 (Curl of an electrostatic field)

静電場 E( r ) について,

rotE( r )=0 ・・・・・・(1)

が成り立つことを示す.まず,位置 r にある1つの点電荷 q が位置 r に作る電場

E( r )= 1 4π ε 0 q | r r | 3 ( r r ) ・・・・・・(2)

について考える.

rotE=( Ey z Ez y , Ez x Ex z , Ex y Ey x ) ・・・・・・(3)

において, x 成分は(2)式から,

Ey z Ez y = q 4π ε 0 [ ( y y )( z 1 | r r | 3 )( z z )( y 1 | r r | 3 ) ] ・・・・・・(4)

となる.(4)式において,

z 1 | r r | 3 = z 1 ( ( x x ) 2 + ( y y ) 2 + ( z z ) 2 ) 3 2 = 3( z z ) ( ( x x ) 2 + ( y y ) 2 + ( z z ) 2 ) 5 2 = 3( z z ) | r r | 5

および同様な計算から得られる

y 1 | r r | 3 = 3( y y ) | r r | 5

を用いると,

Ey z Ez y = q 4π ε 0 [ 3 ( y y )( z z ) | r r | 5 +3 ( y y )( z z ) | r r | 5 ] =0

となる.(3)式の y z 成分も同様に計算すれば, rotE=0 が得られる.さらに,複数の電荷による電場連続的な電荷分布による電場が(2)式の重ね合わせで得られることを考えると,一般の静電場について(1)式が成り立つことが分かる.


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2026年4月28日