電気力線、電束密度、電場の関係

電磁気学では、今まで聞きなれない言葉や公式が定義されて出てきているので、それぞれの関係性について簡単なイメージで説明しています。

電気力線と電場

電気力線の正式な定義は、ここでは省きます。以下のようにイメージして下さい。
電気力線は、「電気力(電荷から発生する力)を表した仮想な線とし、電気力線の本数により電気力の強弱を表す」となります。(下図のイメージ)

次に電場ですが、「電磁波とは?」の項目でも記載しましたが、電場は、「電荷の分布によりできる電気力の働く空間」です。

上記より、電気力線の本数が、電場の強さに関わってくることがわかります。
わかります。

これは、「単位面積当たりの電気力線本数)=(電場)」と表されます。

電気力線と電束密度

電束密度の前に電束について説明します。

電束は、「電気力線を何本か束ねたもの」です。(何本束ねたものかについては、後の「電束密度と電場」で導出されます)

電束密度は、密度ですので「単位面積当たりの電束」となります。

電束密度と電場

電束密度と電場の関係ですが、次の公式で表されます。

つまりは、電束密度(D)は、電場(E)に誘電率(ε)をかけたもの【電場(E)は、電束密度(D)を誘電率(ε)でわったもの】となります。

電場は、「単位面積当たりの電気力線本数」ですので「電束密度(単位面積当たりの電束)」は、「(電気力線本数)=1/ε×(電束)」となります。

「電気力線と電束密度」で記載した電束は、「電気力線を何本か束ねたもの」としています。この「何本か」は、上記より「1/ε(本)」となります。

正式な定義に基づいて説明すると難解なので簡単なイメージで説明しました。あくまでイメージなので正確な定義が知りたい場合は、参考書等を調べて下さい。(いきなり、公式や言葉の定義について出てきていますが、その点については、ご容赦ください。【言葉の定義や公式は、昔の偉い人がこうしたら説明できるのでは?と考え定義や公式作り、実験で確認した結果です。】)