1. 粒子の慣性モーメント
回転する粒子について考察します。質量 m の粒子に力 F を加えると、粒子は軸 O を中心に回転します。粒子は回転軸から r だけ離れています。まず、粒子は静止しています (v = 0)。力 F によって移動した後、粒子はある一定の速度で移動し、接線方向の加速度を持ちます。力 (F)、質量 (m)、および粒子の接線方向の加速度の関係は、式 3 で表されます。
基礎物理学チュートリアル
慣性モーメント
電流
電流の定義
銅などの導体には、高速で自由にランダムに動き回る電子が存在しますが、金属から逃げ出すことはありません。このように自由に動き回れる電子を自由電子と呼びます。電子はあらゆる方向に自由に動き回りますが、特定の方向に電子が集中して流れることはありません。これは、銅線の両端に電位差がない状態です。
銅線が電源に接続されると、銅線の両端間に電位差が生じ、銅線内部に電場が発生します。この電場によって、自由電子は電気力 F = q E = e E を受けます。ここで、F は電気力、e は電子の電荷、E は電場です。この電気力によって、自由に運動しているすべての電子が一斉に加速され、その方向は電気力の方向と同じです。
コンデンサの定義
コンデンサの定義に関する記事
コンデンサとは、電荷と電気ポテンシャルエネルギーを蓄える装置のことです。単純なコンデンサは、互いに接触しないように配置された2枚の導体板またはシートで構成され、絶縁体または真空によって隔てられています。導体とは金属のように電流を流すことができる物質であり、絶縁体とはプラスチックのように電流を流すことができない物質です。
最初は、2つの導体は電気的に帯電しておらず、電気的に中性です。一方の導体が正に帯電し、もう一方の導体が負に帯電するためには、一方の導体からもう一方の導体へ電子が移動する必要があります。電子は原子の表面にあるため、容易に移動できます。電子が一方の導体からもう一方の導体へ移動した後、一方の導体には電子が過剰（陽子が不足）になります。
一方の導体は負に帯電し、もう一方の導体は電子不足（陽子過剰）のため正に帯電します。コンデンサへの電荷の充電過程の詳細な説明は、コンデンサへの電気エネルギーの蓄積に関するトピックで解説されています。
電位
電位の定義
電位は、単位電荷あたりの電気ポテンシャルエネルギーとして定義されます。電荷qが点aにあるとき、その電気ポテンシャルエネルギーがEP aに等しいとすると、点aにおける電位は次のように定式化されます。
V = 電位、EP = 電気ポテンシャルエネルギー、q = 電荷
Vは点aだけでなく、電場内のすべての点に存在します。点aは例として用いられています。後述するように、Vは電荷qに依存しません。
電気ポテンシャルエネルギー
電気ポテンシャルエネルギーに関する記事
このトピックを学習する前に、まず仕事、保存力、保存力と位置エネルギーの関係、電気力、電場について理解しておきましょう。
電気力は保存力である
重力やばねの力に加えて、保存力のもう一つの例は電気力です。電気力がなぜ保存力と呼ばれるのかをよりよく理解するために、以下の説明をお読みください。
単一の正電荷によって生成される電場を計算するには、まず、中心が単一電荷にある半径rの球状ガウス面を選択します。球の表面積は4πr²です。2.ガウスの法則
ガウスの法則に関する記事
クーロンの法則に関しては、電荷間の力が研究されてきた。電場の概説では、クーロンの法則の別の形式が議論されており、それは方程式 F = q E で表される。
ここで、Fは電気力、qは電荷、Eは電場を表します。クーロンの法則は、電荷(q)と電場(E)の関係を説明する物理法則であると言えます。
ガウスの法則は、電荷と電場の関係を説明する物理法則の一つです。ガウスの法則は、ドイツの理論物理学者であり数学者であったカール・フリードリヒ・ガウス（1777-1855）によって定式化されました。
電界
電場に関する記事
電荷について学んだところによると、同種の電荷は反発し合い、異種の電荷は引き合うことがわかっています。正に帯電した物体を負に帯電した物体に近づけると、2つの物体は互いに引き合い、互いに近づきます。逆に、正に帯電した物体を正に帯電した物体に近づけると、2つの物体は反発し合い、互いに遠ざかります。クーロンの法則について学んだように、帯電した物体間に電気力が働くため、帯電した物体は他の帯電した物体を加速させることができます。帯電した物体が他の帯電した物体に及ぼす電気力は、接触せずに作用する力の例です。遠隔作用する力のもう1つの例は重力です。重力は、質量のある物体が他の質量のある物体に及ぼす力です。