電磁気学①　電気と磁気

電気も磁気も、電子、陽子、中性子、光が持っている性質です。

ここでは、光以外の、電子、陽子、中性子について考えます。

電子は⊖で書きます。陽子は⊕で書きます。

なぜ、マイナスやプラスの記号を使うのでしょう？

電子と陽子は引き合います。電子と電子は反発します。陽子と陽子も反発します。

電子や陽子の、引っ張る力（引力）や反発する力（斥力）を電気力とよびます。

この電気力が引力なのか斥力なのかを表現するために、マイナスやプラスの記号を使っています。
異符号のペアなら引力で、同符号のペアなら斥力という意味です。

中性子は電気力を発生させないので、マイナスもプラスも書きません。

電気力ですが、現在の科学では、電子や陽子が直接発生させている力ではない、と解釈されています。

電子や陽子が周囲の空間を歪め、その空間の歪みが電気力を発生させていると考えられています。
この、「電気力を発生させる空間の歪み」を電場とよびます。

次に、磁気力について考えます。磁気力とは、たとえば、磁石がくっついたり、反発したりする力です。

磁石の磁気力は、磁石を構成している原子の、その中の電子が発生させています。つまり、電気力と同様に、磁気力も、電子、陽子、中性子が発生させる力です。ここで、注意ですが、磁気力については中性子も発生させます。電気力はありませんでしたが。

磁石にN極とS極があるのは、磁気力にも引力と斥力があるからです。異なる文字のペアは引力を、同じ文字のペアは斥力を発生させます。

以上の現象を踏まえて、
以下に電子、陽子、中性子のイメージ図を書きます。

中学や高校では、電子、陽子、中性子の磁気力についてはあまり触れられませんが、磁気力があることを知らないと、NMRやMRIなどの機器の原理が理解できなくなります。ぜひ、知識をアップデートしておいてください。

磁気力についても、電子、陽子、中性子が直接発生させていないと、現在の科学では解釈されています。磁気力を発生させる空間の歪みが形成され、歪みが磁気力を発生させていると考えられています。この歪みは磁場とよばれます。

…すみません。今まで、少し、無理な説明をしていました…上の説明では、電気力と磁気力を分けて、順に説明していました。たしかに、中性子は磁気力しか発生させませんので、電気力が混ざることはありません。しかし、電子と陽子は、電気力を発生させると同時に、磁気力も発生させています。つまり、電気力と磁気力は分離できません。

ただ、電気力と磁気力を混ぜこぜで議論すると、電磁気学現象を理解するのが大変になります。繰り返しになりますが、科学の使命は、自然現象を（近似になってもいいし、一部の現象を無視してもよいから）簡単に理解できるようになる方法論を示すことです。そのため、電気力と磁気力を分離できるよう…

電荷と磁荷というものを考えます。

電荷は、電子と陽子の電気的性質のみを示すもの、
磁荷は、電子、陽子、中性子の磁気的性質のみを示すもの、
です。

電気的性質や磁気的性質を、それぞれ単独で議論したいときに使う仮想物体だと思ってください。

ちなみに、「磁荷」ですが、単磁荷というものは、現在のところ、見つかっていません。単磁荷とは、N極だけ、あるいはS極だけの物体です。「なぜ単磁荷がみつからないのだろう」というのは当然の疑問なので、今も研究が続けられています。