なぜ、電位は高さで、電場は傾きと表現することができるのか。電位の力学版は存在する。

みなさん、こんにちは。映像と音声を変換したい、嵐（あらし）です。

そういえば、昨日、前々回の記事で立てた目標を前回の記事で確認するのを忘れていました。
6日に立てた7日の目標は、

・『改訂版　数学Ⅱ』の微分法の問題ページを解く
・ただよびの『【物理】電磁気【第2講】電場、電位』を見て、動画内の問題を解く
・『数学の影絵』を読み進める

でしたが、完了したのは

・『改訂版　数学Ⅱ』の微分法の問題ページを解く

のみに留まりました。

ここから本編です。
さて、今日の私は物理の勉強から生活を始めました。
ただよびの物理の電磁気の第2講の授業動画を使って勉強しました。

昨日ぶつかってしまった電気力による位置エネルギーの導出ですが、重力（一様な重力場中）や万有引力（無限遠点を基準とする）による位置エネルギーの導出を図示することで、今回もなんなく理解したという実感を得ることができました。

さて、授業動画を見ていると、再び新たな疑問が湧き上がってきました。
それは、「なぜ、電位は高さで、電場は傾きと表現することができるのか」です。

みなさんは、「重力ポテンシャル」をご存じでしょうか。
（Wikipediaの「重力ポテンシャル」のページ → https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8D%E5%8A%9B%E3%83%9D%E3%83%86%E3%83%B3%E3%82%B7%E3%83%A3%E3%83%AB）
重力ポテンシャルは、力学でいう、電磁気の電位のような概念です。
ちなみに、これを中国語では、読んで字のごとく「重力位」と書きます。面白いですね。

私は、この重力ポテンシャルの考え方を使うことで、「なぜ、電位は高さで、電場は傾きと表現することができるのか」という疑問を解決することができると思いました。

まず、電位が高さであると表現される理由ですが、私は、それは「値が小さくなる方向へと引き寄せられる性質が同じだから」だと思います。

私たちの住んでいるこの地球上の空間には、ほぼ一様な「重力場」が働いています。
また、一様な重力場中においてですが、この重力場に高さを掛け算したものが、「重力ポテンシャル」です。
そのため、私たちの住んでいるこの地球上の空間において、高さと重力ポテンシャルはほぼ正比例の関係にあります。

そして、質量をもつものは、重力場が働く空間においては、重力ポテンシャルの値が小さくなる方向へと引き寄せられます。

ゆえに、質量をもつものは、ほぼ一様な重力場が働く私たちの空間においては、高さの値が小さくなる、つまり高さが低くなる方向へと引き寄せられるのです。

「電場」が働いている空間についても、これと同じようなことがいえると思います。

一様な電場が働いている空間を想像してください。
正の電荷は、電場が働く空間においては、電位の値が小さくなる方向へと引き寄せられます。

ここまで書いてしまってからお伝えするのも何なのですが、私は、「なぜ、電位は高さで、電場は傾きと表現することができるのか」という疑問を完璧には未だ解決せずにいます。
そのため、「なんとなくはわかるような気がするから、記事を書いているうちに理由ははっきりと見えてくるだろう」という考えは野暮でした。
悔しいです。

さて、そうこうしているうちに、時刻は23時40分。
もうすぐ日付が変わろうとしています。

明日、9月8日は、私にとって人生で最も大切な日です。
盛大に盛り上がりたいと思います。

ここまで読んでいただき、ありがとうございました。
次回もまたいつになるかはわかりませんが、またの機会がありましたらそのときはぜひ、よろしくお願いいたします。
では、おやすみなファ～～～～～～い（あくび）。（・∀・）

実はこの後、私は映像と音声を変換する、ある実験を行うつもりです。

2023/09/07(木) 23:48
嵐デジタル Part 09 - なぜ、電位は高さで、電場は傾きと表現することができるのか。電位の力学版は存在する。