物理量とパラメータ、スカラー量とベクトル量、スカラー場とベクトル場

スカラー物理量とベクトル物理量

物理学の主な目標の 1 つは、観察される現象のパターンを確立することです。このため、さまざまなケースを検討する際に、物理現象の経過、物質や環境の性質や状態を決定する特性が導入されます。これらの特性から、固有の物理量とパラメトリック量を区別できます。後者は、いわゆるパラメータまたは定数によって定義されます。

実際の量とは、現象やプロセスを決定する現象の特性を意味し、環境や条件の状態とは無関係に存在することができます。

これらには、例えば、電荷、電界強度、誘導、電流などが含まれます。これらの量によって定義される現象が発生する環境や条件は、主に量的にのみこれらの量を変化させることができます。

パラメータとは、媒体や物質の特性を決定し、量自体の関係に影響を与える現象の特性を意味します。それらは独立して存在することはできず、実際のサイズに対するアクションでのみ現れます。

パラメータには、たとえば、電気定数および磁気定数、電気抵抗、保磁力、残留インダクタンス、電気回路パラメータ（抵抗、コンダクタンス、キャパシタンス、デバイス内の単位長さまたは単位体積あたりのインダクタンス）などが含まれます。

パラメータの値は通常、この現象が発生する条件（温度、圧力、湿度など）によって異なりますが、これらの条件が一定の場合、パラメータの値は変化しないため、定数とも呼ばれます。 。

数量またはパラメータの定量的（数値）表現は、それらの値と呼ばれます。

物理量は 2 つの方法で定義できます。1 つは数値のみで定義されるもの、もう 1 つは数値と空間内の方向 (位置) の両方で定義されるものです。

1 つ目には、質量、温度、電流、電荷、仕事などの量が含まれます。これらの量はスカラー (またはスカラー) と呼ばれます。スカラーは単一の数値としてのみ表現できます。

ベクトルと呼ばれる 2 番目の量には、長さ、面積、力、速度、加速度などが含まれます。宇宙でのアクションの様子。

例 (記事からのローレンツ力) 電磁界強度):

スカラー量とベクトル量の絶対値は通常、ラテンアルファベットの大文字で表されますが、ベクトル量は値記号の上にダッシュまたは矢印で書かれます。

スカラーフィールドとベクトルフィールド

フィールドは、フィールドを特徴付ける物理現象のタイプに応じて、スカラーまたはベクトルのいずれかになります。

数学的表現では、フィールドは空間であり、その各点は数値によって特徴付けることができます。

この場の概念は物理現象を考える場合にも応用でき、あらゆる場を空間として表現することができ、その各点において、その現象による特定の物理量への影響（場の根源）が確立されます。 。この場合、フィールドにはその値の名前が付けられます。

したがって、熱を放出する加熱された物体は、その点が温度によって特徴付けられる場に囲まれているため、そのような場は温度場と呼ばれます。電気を帯びた物体の周囲の場で、静止した電荷に対する力の影響が検出される場を電場などと呼びます。

したがって、温度はスカラーとしてのみ表現できるため、加熱された物体の周囲の温度場はスカラー場であり、電荷に作用し空間内で特定の方向を持つ力によって特徴付けられる電場はベクトル場と呼ばれます。

スカラーフィールドとベクトルフィールドの例

スカラー場の典型的な例は、加熱された物体の周囲の温度場です。このようなフィールドを定量化するには、このフィールドの画像の個々の点に、これらの点の温度に等しい数値を入力します。

ただし、このフィールドの表現方法は扱いにくいです。したがって、彼らは通常次のことを行います。つまり、温度が同じである空間内の点は同じ表面に属していると仮定します。この場合、そのような表面は等しい温度と呼ぶことができます。このような表面と別の表面の交点から得られる線は、等温線または等温線と呼ばれます。

通常、このようなグラフを使用する場合、等温線は等しい温度間隔 (たとえば、100 度ごと) で実行されます。次に、特定の点における線の密度によって、場の性質 (温度変化率) が視覚的に表現されます。

スカラー フィールドの例 (Dialux プログラムでの照度計算の結果):

スカラー場の例には、重力場 (地球の重力の場)、および電荷が与えられる物体の周囲の静電場が含まれます (これらの場の各点が と呼ばれるスカラー量によって特徴付けられる場合)。 潜在的.

各フィールドの形成には、一定量のエネルギーを費やす必要があります。このエネルギーは消えることはなく、フィールドに蓄積され、そのボリューム全体に分散されます。それは潜在的なものであり、質量または帯電した物体がその中で移動するときに、フィールドの力の働きの形でフィールドから返される可能性があります。したがって、フィールドは、フィールドの作業能力を決定する潜在的な特性によっても評価できます。

通常、エネルギーは場の体積内に不均一に分布するため、この特性は場の個々の点を指します。フィールド点のポテンシャル特性を表す量は、ポテンシャルまたはポテンシャル関数と呼ばれます。

静電場に適用される場合、最も一般的な用語は「ポテンシャル」であり、磁場に適用される場合は「ポテンシャル関数」です。後者はエネルギー関数と呼ばれることもあります。

ポテンシャルは次の特性によって区別されます。フィールド内の値は連続的で、ジャンプすることなく、点から点へと変化します。

磁場点のポテンシャルは、単位質量または単位電荷を所定の点からその磁場が存在しない点 (この磁場の特性はゼロ) に移動させる際に磁場の力によって行われる仕事の量によって決まります。これは、場の作用がゼロである点から場の所定の点に単位質量または電荷を移動させる場力に対する作用に費やされなければなりません。

仕事はスカラーであるため、可能性もスカラーです。

ポテンシャル値によってポイントを特徴付けることができるフィールドは、ポテンシャル フィールドと呼ばれます。すべてのポテンシャル フィールドはスカラーであるため、用語「ポテンシャル」と「スカラー」は同義です。

上で説明した温度場の場合と同様、どの電位場でも同じ電位を持つ点が多数見つかります。等電位の点が配置されている表面は等電位と呼ばれ、図面の平面との交点は等電位線または等電位と呼ばれます。

ベクトル フィールドでは、個々の点でそのフィールドを特徴付ける値は、指定された点に原点が配置されるベクトルで表すことができます。ベクトル場を視覚化するには、各点の接線がその点を特徴付けるベクトルと一致するように引かれる線を構築することに頼る。

互いに一定の距離を置いて引かれた磁力線は、空間内の磁場分布の性質を理解します (線が太くなる領域ではベクトル量の値が大きく、線が太くなる領域ではベクトル量の値が大きくなります)。頻度が低いため、値は彼よりも小さくなります）。

渦巻きと渦巻きフィールド

フィールドは、それを定義する物理量の形式が異なるだけでなく、本質的にも異なります。つまり、それらは非回転、非混合平行ジェットからなる (これらのフィールドは層流、つまり層状と呼ばれることもあります)、または渦（乱流）。

同じ回転場は、その特性値に応じて、スカラー ポテンシャルとベクトル回転の両方になる可能性があります。

スカラーポテンシャルは、場に分布するエネルギーによって決定される場合、静電場、磁場、および重力場になります。ただし、同じ場 (静電気、磁気、重力) がその中で作用する力によって特徴付けられる場合、ベクトルになります。

渦のない場またはポテンシャル場には常にスカラー ポテンシャルがあります。スカラー ポテンシャル関数の重要な特性は、その連続性です。

電気現象の分野における渦場の例は、静電場です。渦磁場の例は、電流が流れるワイヤの厚さの磁場です。

いわゆる混合ベクトル場があります。混合磁場の例は、電流が流れる導体の外側の磁場です (これらの導体の内部の磁場は渦磁場です)。