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物理学実験I 電磁気学

第１週： 電場


等電位線，電気力線の性質，オームの法則，重ね合
わせの原理
第２週： 磁場

アンペールの法則，ファラデーの電磁誘導の法則，ビ
オ・サバールの法則
電流と電場（オームの法則）
微小体積要素
（微分形）
等電位面と電気力線



電気力線＝電流の流れ（オームの法則）
電気力線は等電位面に常に垂直
金属表面は常に等電位

電気力線は，金属表面に対して垂直
絶縁体
金属
実験の原理
ピン電極 ５V（４V)程度
グラウンド電極
（０V）
電流
アナライザペーパー（導電性の紙）
アナライザペーパーの抵抗は空気よりもはるかに小さいの
で，ほぼすべての電流はアナライザペーパー内を流れる．
２次元とみなすことができる
実験方法
5V (4V)
電流計が振り切
れない値
電圧計
A
V
注意：
アナライザペーパーに傷をつけない
(局所的に抵抗が変化し，電流分布が変わる)
電極は，しっかりと均等な力で押さえつける．
アナライザペーパー
カーボン紙
方眼紙
実験装置










アクリル製実験台
ピン電極 ２本
定電圧電源
直流電流計(30mAレンジ)
デジタルマルチメータ
ケーブル（各種,必要に応じて)
アナライザペーパー（導電紙）
カーボン複写紙
真鍮電極(角柱) ２個
金属円盤各種

3cmφ, 1cmφ×2, 6cmφ
円形電極
ピン電極
固定穴
GND端子
定電圧電源
出力スイッチ
電源
出力調整ダイアル
出力端子
デジタルマルチメータ(DMM)
電圧、抵抗
の＋端子
電源
測定量設定
共通－端子
実験１：等電位線の形状
+5V
DMM／テスター
A
V
真鍮円盤（3cmφ）
テスターでアナライザーペーパー上の1Vとなる場所を探し，
点を打っていく．
実験２：電位分布の測定
+5V
デジタルマルチメータ
A
電流計
V
r

中心電極からの距離rの関数として電圧をテスターで測定


r=2.0cm, 2.5cm, 3.0cm, 4.0cm, 5.0cm, …,11.0cm
電流計で電流を測定するのを忘れないように

片対数グラフ（r0/r, f）：結果から，後で面積抵抗率を導出
実験３：他の方法で面積抵抗率を測定
r

電極間の距離rの関数として抵抗をデジタルマルチメータで測定



幅1cm
r=1.0cm, 2.0cm, 3.0cm, 4.0cm, 5.0cm
実験２の結果と比較
注意点


真鍮電極は，出っ張りがあるほうを下にする
メータの読みが安定しない場合は，テスターリードを真鍮電極に強く押さ
えつける（こすりつける）．あるいは接点をスコッチブライトで磨く．
実験４：重ね合わせの原理
テスター
V
+5V
O

-5V
x
ピン電極を２本使用して、電位の重ね合わせを見る．



10mmφの円形電極をピン電極に使用
電位をxの関数として測定（x=0,1, 1.5, 3.5, 4, 5, 6, 8, 10cm ）
±5Vと接続しないピン電極は0Vにする（GNDと接続）
実験５、６：金属円盤、穴のあるときの電位分布

同時に行う．金属円盤の上には真鍮電極のおもりをのせる．



金属円盤と穴はピン電極に対して対称の位置に配置する．
等電位線，電気力線が金属円盤，穴によってどのように影響を受けるかを
調べる．
等電位線を最低７本描く．（7つの電位値について測定する）
4.0, 3.5, 3.0, 2.5, 2.0, 1.5, 1.0V
+5V
テスター
V
金属円盤の電位も忘れずに測定すること
金属円盤には，重しをのせておく
円形電極は，出っ張りのあるほうを下に．
出っ張りをスコッチブライトで磨く．
実験上の注意

測定と同時，あるいは測定終了直後にグ
ラフを書く癖をつける．

傾向の把握、測定ミスの早期発見
？
グラフの書き方
① グラフの名前
② 軸の名称
③ 軸の単位
④ 軸の数値
⑤ データ点
凡例
測定器の値の読み方－最小目盛
の1/10まで
３
４
読みは、３．３２
有効数字に注意！！



最小桁は誤差を含む．
和，差・・・最小桁の大きいほうに一致
積，除・・・桁数の小さいほうに一致
（例）
23.4 + 115.123 = 138.523
2
3.46 × 1.2 = 4.152
レポートの書き方
必須項目
目的，実験原理，実験方法，実験結果，
考察，結論
 レポートは，実験内容とわかったことを他
人に正確に伝達するためのもの．そのレ
ポートを読んだ人が実験，および実験結
果を再現できるように書かれていなけれ
ばならない．
 わかりやすく．自分の言葉で．

終了時に見せるもの

実験１：等電位線の形状のグラフ


１Vの電位の点（１V等電位線が予測できる程度）
実験２：電位分布のグラフ

片対数グラフ（r0/r, f） （正方眼紙（r,f） はなくても可）
実験３：抵抗の電極間隔依存性のグラフ
 実験４：f+, f-, fのグラフ（１枚にまとめる）

電位
O

x座標
実験５，６：金属円盤，穴のあるときの電位分布

7つ(4.0, 3.5, 3.0, 2.5, 2.0, 1.5, 1.0V)の電位の点
レポートで作成での注意点


実験１：等電位線を描いて特徴とその理由を述べる．
実験２：面積抵抗率ρｓを求める．



実験３：面積抵抗率ρｓを求める．




φと比較し，重ね合わせの原理が成り立っていることを確認する．
実験５，６：等電位線を描き，電気力線を書き入れる．


直線の傾きから求め，実験２で求めた値と比較する．
実験４：φ＋＋φーのプロットを同じグラフに作成．


片対数グラフの直線の傾きからテキスト式（８）を使って求める．
自然対数（ｌｎ）と常用対数（log10）の違いに注意．
金属，穴の周辺を特に，特徴がわかる様に．
金属，穴の周辺での等電位線と電気力線の特徴を定性的に述べる．
レポート課題は，解いてあれば加点あり．
実験1,5,6の結果は，グループ内でコピーして良い．実
験2,3,4のプロットは,各自作成すること.