次に、「電磁気学で扱われる物理量」が何なのか、について考えます。
改めてマクスウェル方程式を書くと、
\begin{eqnarray}
\displaystyle \nabla \cdot \boldsymbol{D} &=& \rho \tag{1} \\
\displaystyle \nabla \cdot \boldsymbol{B} &=& 0 \tag{2} \\
\displaystyle \nabla \times \boldsymbol{E} &=& -\frac{\partial \boldsymbol{B} }{\partial t} \tag{3} \\
\displaystyle \nabla \times \boldsymbol{H} &=& \frac{\partial \boldsymbol{D} }{\partial t} + \boldsymbol{j} \tag{4}
\end{eqnarray}
です。この式の中に入っている物理量が、「電磁気学で扱われる物理量」です。
式の中には、\( \boldsymbol{D} \)、\( \boldsymbol{B} \)、\( \boldsymbol{E} \)、\( \boldsymbol{H} \)、\( \rho \)、\( \boldsymbol{j} \) の6つの物理量があります。
ちなみに \( \partial \) は「偏微分」を表し、微分演算で用いる「微小量をあらわす」\( d \) と類似の「形容詞」です。また、\( \nabla \) も演算を表す「形容詞」で、「ナブラ」とよばれる記号です。いずれも「形容詞」なので、物理量ではありません。
以上より、電磁気学で扱われる物理量は、この6つ、ということになるのですが…
6つの物理量の中で、関連しているものがあります。
\( \boldsymbol{D} \) と \( \boldsymbol{E} \)、および \( \boldsymbol{H} \) と \( \boldsymbol{B} \) です。これらの物理量の間には、以下のような関係があります。
\begin{eqnarray}
\boldsymbol{D} &=& \varepsilon_0 \boldsymbol{E} + \boldsymbol{P} \tag{5} \\
\boldsymbol{H} &=& \mu_0^{-1} \boldsymbol{B} – \boldsymbol{M} \tag{6}
\end{eqnarray}
ここで、\( \boldsymbol{D} \) は電束密度、\( \boldsymbol{E} \) は電場の強さ、\( \boldsymbol{P} \) は分極、\( \boldsymbol{H} \) は磁場の強さ、\( \boldsymbol{B} \) は磁束密度、\( \boldsymbol{M} \) は磁化、\( \rho \) は電荷の大きさ、\( \varepsilon_0 \) は真空の誘電率、\( \mu_0\) は真空の透磁率です。
たくさん物理量が出てきてしまいましたが、
細かいことは置いておいて
式(5)の\( \boldsymbol{D} \) と \( \boldsymbol{E} \) はどちらも「電場」に関する物理量、式(6)の\( \boldsymbol{H} \) と \( \boldsymbol{B} \) はどちらも「磁場」に関する物理量です。
ということで、「電磁気学で扱われる物理量」は、
「電場に関するもの（ \( \boldsymbol{E} \) や \( \ \boldsymbol{D} \) や \( \rho \) や \( \ \boldsymbol{j} \) ）」と「磁場に関するもの（ \( \boldsymbol{H} \) や \( \boldsymbol{B} \) ）」
の2種類です。
ちなみに、\( \rho \) は「電荷密度」、\( \ \boldsymbol{j} \) は「電流密度」なので、電場の仲間に入れています。
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