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３４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.