連続的な電荷分布による電場 (Electric field by continuous charge distribution)

電荷が空間内の領域 V に連続的に分布しているとし,位置 r における電荷密度を ρ ( r ) とする.また,この電荷分布による電場を E とする.

領域 V を,体積 Δ Vi = Δ xi Δ yi Δ zi ( i = 1 , ⋯ , n ) を持つ n 個の微小な領域に分割し, ΔVi 内にある電荷の量を Qi とすると, Qi = ρ ( ri ) Δ Vi と書ける.ここで, ri は領域 ΔVi の位置ベクトルである.領域 V 内の電荷分布を n 個の電荷 Q1,⋯,Qn の集まりと考えれば, E は複数の電荷による電場として求められる.つまり,それぞれの電荷 Qi が作る電場 ΔEi の和として,

E ( r ) = ∑i=1n ΔEi ( r ) ・・・・・・(1)

Δ Ei ( r ) = 14πε0 ρ ( ri ) Δ Vi | r − ri |3 ( r − ri ) ・・・・・・(2)

となる.分割数 n が大きい極限を考えて(1)式の和を積分で置き換えれば,

E( r ) = 14πε0 ∫V r − r′ | r − r′ |3   ρ ( r′ ) d V′ ・・・・・・(3)

が得られる.(3)式において r′ = ( x′ , y′ , z′ ) ,       d V′ =d x′ d y′ d z′ であり,積分領域は V である.


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学生スタッフ作成

2026年5月18日