新感覚物理入門 ― 力学・電磁気学の新しい考え方

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新感覚物理入門 ― 力学・電磁気学の新しい考え方

目次

まえがき

第0章　僕も物理がわからなかった―私のコペルニクス的転回
§0.1 力とは何だろうか？
§0.2 運動量を主役にしよう
§0.3 釣り竿の力学―運動量の吸収と流れ
§0.4 ファラデーに帰れ―マクスウェルは第1歩を誤った
§0.5 電磁ネット―電磁場をイメージする
§0.6 保存法則から広がる物理イメージ

第Ⅰ部　力学

第1章　力学入門への第1歩―日常感覚からの出発
§1.1 物理モデルと数学モデル
§1.2 力学現象で何が基本か
§1.3 ”重さ”から”質量”へ
§1.4 ”速さ”から”速度”へ
§1.5 運動の”いきおい”から”運動量”へ
§1.6 力学の基本法則
§1.7 質量を決定するには
§1.8 慣性の法則

第2章　力とは何だろう？―力学入門第2日
§2.1 ”力”を定義する
§2.2 質点―数学モデルの傑作
§2.3 重心―もう一つの傑作
§2.4 力の定義と運動方程式

第3章　仕事とは何だろう？―日常感覚との違いにも注意しよう
§3.1 既知の力―正体の知れた力
§3.2 既知の力と束縛力
§3.3 ”仕事”と運動の”いきおい”
§3.4 仕事と運動エネルギー：数学モデル
§3.5 力学的エネルギー保存の法則
§3.6 ”仕事”から”エネルギー”へ

第4章　”コマ”から出る基本法則―作用・反作用の法則を捨てる
§4.1 コマの回転
§4.2 ”回転の速さ”から”角速度”へ
§4.3 ”回転のいきおい”から”角運動量”へ
§4.4 ”回転力”を定義する
§4.5 超簡単なコマ：亜鈴（ダンベル）
§4.6 角運動量
§4.7 角運動量保存の法則

第5章　新しい物理感を養う―運動量でみる物理現象
§5.1 新しい”物理モデル”で力学現象をみる
§5.2 ”力”と着力点, ”回転力”と着目点
§5.3 偶力
§5.4 一様重力場の特質

第6章　応力とは何だろうか？―運動量の流れが物体を変形させる
§6.1 釣り竿の力学
§6.2 釣り糸と釣り竿はどこが違うか？
§6.3 変形の原因は運動量の流れ
§6.4 連続体の力学
§6.5 一様重力場で静止する流体

第Ⅱ部　電磁気学

第7章　電磁場の直観的イメージ：新しい電磁気学へ
§7.1 電磁場のイメージをさぐる
§7.2 力線の密集度：電束密度と磁束密度
§7.3 ”ゴム紐”モデルから”気体中の糸”モデルへ
§7.4 力線のエネルギーを貯える
§7.5 電磁場のイメージのまとめ―第1段階

第8章　電磁場の基本法則―電磁ネットを思いつく
§8.1 電磁ネット：電磁場のエネルギーを運ぶもの
§8.2 電磁ネットは運動量を貯える
§8.3 電磁場のイメージのまとめ―第2段階
§8.4 電磁場の基本法則

第9章　電荷に働く力とは？―基本法則で考える
§9.1 C派, F派, M派
§9.2 電場の中の電荷に働く力
§9.3 M派と新F派の違い

第10章　動く電荷から電磁波へ―電磁ネットを心眼でみる
§10.1 動く電荷は磁場Hをつくる
§10.2 電流は磁場を生む
§10.3 電磁波―自由飛行する電磁ネット

第11章　定常な電磁場―静電場と静磁場の条件
§11.1 静電場の条件
§11.2 静磁場の条件

第12章　電磁誘導の法則を導き出す：ファラデー, マクスウェル, アンペール
§12.1 ファラデーの電磁誘導の法則
§12.2 アンペール-マクスウェルの法則
§12.3 ガウスの法則―電場と磁場
§12.4 面を通過する電荷の影響

第13章　電流とは何だろう？―電磁現象の起源は物質の原子構造
§13.1 導体と絶縁体
§13.2 電流とは何だろう？―電流の種々相
§13.3 電位と磁位―ポテンシャルの考え方

第14章　物質中の電磁場―空間平均・横平均・縦平均
§14.1 平板コンデンサー
§14.2 ミクロの目, マクロの目―平均操作の役割
§14.3 横平均, 縦平均, 空間平均

第15章　マクロの電磁場―ミクロは実在, マクロは仮想
§15.1 空間平均, 横平均, 縦平均の役割
§15.2 ガウスの法則―物質中
§15.3 電磁誘導の法則―物質中
§15.4 不連続面での条件
§15.5 電磁的な力学量―物質中
§15.6 誘電率, 透磁率, 電気伝導率
§15.7 ミクロは実在, マクロは仮想

第16章　電磁現象の新しいイメージ：総論から各論へ
§16.1 2重極
§16.2 電荷と磁石の生み出す”場”と受ける”力”
§16.3 電磁エネルギーの発生と消滅
§16.4 電気回路
§16.5 導線の電気抵抗
§16.6 電磁波とマクスウェルの方程式

付録A　電磁気の単位は難しくない―VAMS単位系を推奨する
§A.1 物理量の単位と次元
§A.2 力学の単位系
§A.3 電磁的物理量の次元
§A.4 電磁気の単位
§A.5 VAMS単位系vs.MKSA単位系

付録B　水素原子, 電子, 光子の古典モデル―古典物理と量子物理の接点
§B.1 ボーアの水素原子モデル
§B.2 電子の導体球モデル
§B.3 光子の直方体モデル
§B.4 原子単位
数表

あとがき
索引

今井功『電磁気学を考える』

目次

はしがき

1 序説
§1. はじめに
§2. 電磁気学の構成
§3. Maxwellの方程式
§4. Maxwellの電磁場理論の再構成
§5. 電磁気学の構成―新旧の比較

2 真空中の電磁場
§1. はじめに
§2. 静電場の基本法則
§3. 基本法則の応用例
§4. 電荷に働く電場の力
§5. 静電ポテンシャル
§6. 電荷に働く力
§7. 自己力と自己モーメント
§8. 帯電体に働く力
§9. 静電場のエネルギー
§10. 静電ポテンシャルの意味づけ
§11. 静電気学の再構成
§12. 運動量の保存
§13. エネルギーの保存
§14. 基本法則のまとめ
§15. 電荷の役割
§16. 力線曲率の定理
§17. 一意性
§18. 導体を含む静電場
§19. 導体系のエネルギー
§20. 点電荷の系
§21. 容量係数, 電位係数
§22. 定理の証明
§23. まとめ

3 電磁場理論の再構成
§1. はじめに
§2. 電磁場の基本法則
§3. 電磁運動量の消滅
§5. Maxwellの方程式を導く
§6. X=0, Y=0の証明
§7. 電磁場の基礎方程式
§8. 基礎方程式の積分形
§9. 点電荷と線電流に働く力
§10. まとめ

4 電磁場の直観的イメージ
§1. はじめに
§2. 電磁場の直観的イメージ：電磁力線網
§3. 電磁現象の全体像
§4. Faradayの電磁誘導の法則
§5. Ampereの法則
§6. Bio-Savartの法則
§7. 平面電荷に働く力
§8. 平面電流に働く力
§9. 等速運動する帯電体の自己力と自己モーメント
§10. 一様電磁場中を等速運動する帯電体に働く力
§11. Lorentz力
§12. Ampereの力
§13. 電磁波
§14. 帯電体と磁石の運動によって誘導される電磁場
§15. まとめ

5 物質中の電磁場―基本的な物理量
§1. はじめに
§2. 意味のある平均値
§3. 横の平均
§4. 縦の平均
§5. 空間的な平均
§6. 物質中の電磁場の積分法則
§7. 物質中の電磁場に対するMaxwellの方程式
§8. これまでのまとめ
§9. 電磁場の力学的性質
§10. 電磁エネルギー
§11. 電磁運動量
§12. Poyntingベクトル
§13. Maxwell応力
§14. 不連続面での条件
§15. 電気分極と磁気分極
§16. 簡単な形の誘電体と磁性体―針と板
§17. 誘電率と透磁率
§18. まとめ

6 物質中の電磁気学
§1. はじめに
§2. 物質中の電磁場の理論構成
§3. 不連続面に働く電磁力
§4. 一様な誘電率と透磁率をもつ物質に働く電磁力
§5. 静電気学
§6. 静磁気学
§7. 分極電（磁）荷と磁荷電流の面密度
§8. 分極電（磁）荷や磁化電流に電磁力は働くか？
§9. 電磁運動量の消滅
§10. 全運動量の保存
§11. 応用例
§12. 電磁エネルギーの消滅
§13. 全エネルギーの保存
§14. 熱力学的関係
§15. まとめ

7 電磁気の単位
§1. はじめに
§2. 電場に関する物理量の次元
§3. 磁場に関する物理量の次元
§4. 電荷と磁荷は正準共役である
§5. 電磁気の単位
§6. VAMS単位系―磁流の概念
§7. 電磁気の諸量の単位
§8. 電磁場の強さの感覚的な目安
§9. QQm=hの関係
§10. MKSA単位系とGauss単位系の関係
§11. まとめ

8 相対性理論入門
§1. はじめに
§2. 相対性原理
§3. 電磁場の交換法則
§4. Lorentz短縮, 時計のおくれ
§5. Loentz変換
§6. Lorentz変換の導き方
§7. 物質中の電磁場のLorentz変換
§8. 電気分極P, 磁気分極Mの交換
§9. 電荷密度ρ, 電流密度Jの交換
§10. 電磁場のLorentz変換
§11. 相対性理論入門
§12. まとめ

9 運動物体の電磁気学
§1. はじめに
§2. 非相対論的近似
§3. Ohmの法則
§4. 電磁的に線形の物質
§5. 電磁誘導
§6. 磁場中を運動する導体は電池である
§7. 単極誘導
§8. 磁力線の速度とは？
§9. まとめ

10 電気回路
§1. はじめに
§2. 平行平板コンデンサー
§3. コンデンサーとコイルの回路
§4. 電源と起電力
§5. 回路上の電位
§6. Kirchhoffの法則
§7. 回路の方程式
§8. 磁気回路
§9. 変動する磁気回路
§10. まとめ

11 孤立物体に働く電磁力
§1. はじめに
§2. 物体に働く電磁力
§3. 一様媒質中の物体に働く静電力
§4. 一様媒質中の物体に働く静磁力
§5. 物体に働く電磁力のモーメント
§6. 電磁力と電磁力モーメントの公式
§7. 任意の外部電磁場による力のモーメント
§8. 静電場
§9. 静磁場
§10. 電流モーメントと磁気モーメント
§11. 一様媒質中の孤立物体
§12. 磁針
§13. 電流回路の磁気モーメント
§14. 定常電磁場と孤立物体の相互作用
§15. 一様に帯磁した球
§16. まとめ

12 物質中の電磁場―誘電流体と磁性流体
§1. はじめに
§2. 応力の表し方
§3. 電磁角運動量の消滅
§4. 全角運動量の保存
§5. 運動方程式と角運動量方程式
§6. 連続物質のエネルギー方程式
§7. 流体のエネルギー方程式
§8. 誘電流体と磁性流体
§9. Bernoulliの定理の一般化
§10. 応用例
§11. まとめ

13 物質中の電磁場―固体の応力
§1. はじめに
§2. 物質についての保存則
§3. 電磁場中の固体の熱力学的状態
§4. 応力に対する電磁場の影響
§5. 電磁的に線形の弾性体
§6. 体積膨張度と平均圧力
§7. 物体に働く電磁力―在来の理論との比較
§8. まとめ

14 電磁気学のパラドックス
§1. はじめに
§2. Feynmanのパラドックス
§3. 霜田のパラドックス（1）
§4. 霜田のパラドックス（2）
§5. 静電磁場の電磁運動量と電磁角運動量
§6. 軸対称磁場のベクトル・ポテンシャル
§7. 点電荷と点磁荷による電磁運動量と電磁角運動量
§8. Feynmanのパラドックス再論
§9. 霜田のパラドックス（2）再論
§10. Trouton-Nobleのパラドックス
§11. 電子の剛体球モデル, Poincare応力
§12. まとめ

参考書
あとがき
索引

失敗の研究