皆さんは高校で電磁気学を習いましたか？

習った方なら共感してもらえるの思うのですが、高校で習う電磁気はまさにカオスです。
大量の公式、よくわからない現象たち、結局正体不明の電場と磁場、頭が爆発してしまう方が続出します。

しかし、本当の電磁気学はたった4つのシンプルな式（マクスウェル方程式）で全ての現象が説明できてしまう、とても綺麗な分野です。

この4つの式自体は高校範囲を逸脱してしまうのですが、内容自体はとても単純です。

これから皆さんには電磁気学を直観的に根本から知っていただきたいと思います！

電荷

電磁気を知る上で基本となるのが、この　電荷でんか　です。

これは、万有引力と照らし合わせると理解しやすいと思います。

質量（重さ）を持つすべての物体は、万有引力と呼ばれる力を受け互いに引き合います。
最も身近な例は重力です。重力は、地球と私たちの間に働く万有引力がもとになっています。

それと全く同じように、電荷を持つ物体は、電磁気力と呼ばれる力を受けます。
例えば、正の電荷を持つ物体と負の電荷を持つ物体は互いに引き合い、正の電荷をもつ2つの物体は互いに反発します。

電荷をもつ物体の代表例は、陽子と電子です。それぞれ $+e\ [\overset{\,\tiny\textrm{クーロン}}{\mathrm{C}}\,],\ -e\ [\mathrm{C}]$ の電荷を持っています。 $e$ は電気素量と呼ばれる量で、 $e\fallingdotseq 1.60\times10^{-19}\ \mathrm{C}$ です。

質量と大きく異なる点は、負の電荷も存在することです。（負の質量の物体を見つけた方は是非教えてください...）
また、質量を持つ物体に働く力は万有引力のみですが、電荷を持つ物体に働く力はクーロン力・電磁力など様々あり、それらをまとめて電磁気力と呼びます。

この電荷が電磁気学の主役です！これから電荷にどのように力が加わるのかを考えていきます！

電磁場

ところで、万有引力も電磁気力も離れた物体同士が力を及ぼしあうわけですが、これって気持ち悪くないですか？
日常生活において、他の物体に力を加えたい時には、実際に触れる必要があることは実感できると思います。

実は電荷は離れたところにある他の電荷に直接力を及ぼすのではなく、まず周りの空間を変化させ、その変化した空間が他の電荷に力を及ぼします。

空間を変化ってなんだよ！？と思っているでしょうが、まずは物理においてとても重要な概念である「場」について学んでいきたいと思います！

場とは

物体が質量や密度などの値を持つことができるのと同じように、空間上の全ての点は様々な値を持つことができます。これを場と言います。

最初はこの場の考え方が直感に合わないかもしれませんが、この場を皆さんは普段から利用しています。後々解説しますが、実は光や電波はまさにこの場です！特に、場の中でもこれから扱う電場・磁場になります。

電場・磁場

場の中でも、電荷に力を与えることができるものを、電場・磁場と言います！

この図のように、空間上の全ての点は、電場・磁場という2つのベクトル量を持ちます。

ある地点に電荷が存在すると、その点における電場・磁場の値に従って、電荷が力を受けます。つまり、電場・磁場の値がわかれば電荷にどんな力が加わるのかがわかるので、電場の運動を知ることができるのです！

ちなみに、電場・磁場を合わせて電磁場と言います。

電荷と電磁場の関係

先ほど、電荷は離れたところにある他の電荷に直接力を及ぼすのではなく、まず周りの空間を変化させ、その変化した空間が他の電荷に力を及ぼすのだと言いました。この変化した空間というのが、まさに電磁場が生じた状態になります！

つまり、電荷は周りの空間にまず電磁場を作り出します。そして、その電磁場によって他の電荷が力を受けるのです！

よって電磁気学の基本となるのは、

の2つです！

次は電場・磁場がどのように電荷に力を与えるのかについて学んできましょう！