マクスウェル方程式に関するメモ.電磁気に関するこの法則は,初等的には4つの式からなる.数学記号が見慣れないので,計算内容がわからない人は多い.しかし,4式とも義務教育で習うか,そのさらに基礎を表すものなので,今回はそれらを解説する.難しいものではないけど,応用して発明を考えるのは,難しい.
1.∇・B=0
磁束保存.磁場の発散は0,つまり磁力線は必ず閉じるという法則.クーロンの法則で磁力線がきれいな円弧を描いて広がる図をみたことがあると思うけど,その図で磁力線が切れている例はみられない.なぜなら,磁力線は切れずに必ず閉曲線を描くからだ.しかし最近は磁気の単極子(モノポール)を意図的に作り出す研究が進んでいて,閉じない磁力線が作られるのもそう遠くない話かもしれない.
2.∇×E=-∂B/∂t
電磁誘導.電場の回転は磁場の時間微分.つまり磁場が電場の回転を生じさせるという法則.負号はフレミングの法則による.コイルに磁石を近づけると電流が生じることは,電子レンジやワイヤレス充電器やマットレスのスプリングなど様々なところで応用されているけど,その電磁誘導の最も面白いのが,人間のDNAや微小管もその例であることだ.日光を眼から取り入れ電流をわかしているのだ.
3.∇・D=ρ
電荷源則.電場の発散は0ではない.つまり電場の発生源は常に電荷であるという法則.何もないところで電場は生じない.電気のあるところ電荷がある.この法則が重要なのは宇宙空間や太陽光線を浴びる空間で通信を実現するときである.電荷のない空間で電場が生じないことを利用して電流を計測できる.電磁波量が通信で増大しきったこの現代の地上にさらにアンテナを立てるとき重要になる.
4.∇×H=j+∂D/∂t
右ねじ則.磁場の回転は電場の時間微分プラス増分.つまり時間経過で少しずつ右ねじの方向に位相が進むという法則.電磁誘導では位相が進まないが,この右ねじ則によれば電流は電荷で空間を微小に占有するので,位相が進まないわけにはいかない.ではどこに移り行くかといえば,右ねじの方向に進んでいくのである.右であるのはフレミング則やローレンツ則によるので,逆にはならないのだ.
