電場のエネルギー密度の単位 の意味|基本単位で表すと
答えが電場のエネルギー密度なら、右辺の単位は (= ) になっているはず。ならなければ、どこかが間違っています。
関連するミス例:電場のエネルギー密度で E を2乗し忘れる
- 電場のエネルギー密度を言葉でどう言い表すか
- その言葉を単位に置き換えると、なぜ になるのか
電場のエネルギー密度とは? 言葉で意味をつかむ
電場のエネルギー密度とは 体積 1 m³ あたりに電場がたくわえているエネルギー。
言葉の式に出てくるそれぞれの言葉は、すでに単位がわかっている量です。言葉を単位に置き換えてみましょう。
| 言葉 | 何の量か | 単位 |
|---|---|---|
| たくわえられたエネルギー | エネルギー・仕事・熱量 | |
| その空間の体積 | 体積 |
言葉の通りに単位を並べるだけで、 が出てきました。
基本単位までたどる
言葉の式に出てきた量も、さらに言葉の式で分解できます。電荷(電気量) → 速度 → 加速度 → 力 → エネルギー・仕事・熱量 → 電圧・電位 → 静電容量 → 面積 → 誘電率 → 電場(電界) → 電場のエネルギー密度 の順にたどると、すべて基本単位(m・kg・s・A・K・mol・cd)だけで表せます。
前提:電荷(電気量)・速度・加速度・力・エネルギー・仕事・熱量・面積の単位(知っていれば飛ばしてOK)
よくある間違い:同じ単位でも別の量
次の量は 電場のエネルギー密度 と次元 [M L⁻¹ T⁻²] が同じです。単位が一致しても意味が違うことがあるので、検算のときは「何を表す量か」も確かめましょう。
- 圧力()— 1 m² あたりに、面を垂直に押す力。
- 磁場のエネルギー密度()— 体積 1 m³ あたりに磁場がたくわえているエネルギー。
- ヤング率()— 単位面積あたりの力(応力)を、のびの割合(ひずみ)で割ったもの。
電場のエネルギー密度が出てくる公式
- 電場のエネルギー密度とは、体積 1 m³ あたりに電場がたくわえているエネルギー。
- 言葉の式 電場のエネルギー密度 = たくわえられたエネルギー ÷ その空間の体積 を単位に置き換えると 。
- 基本単位だけで書くと 。
練習問題:分子と分母を見きわめる
問題文には単位が書いてあります。計算はしなくてかまいません。どの単位が分子(上)に、どの単位が分母(下)に来るかだけを考えて選んでください。
問1電場のエネルギー密度は「たくわえられたエネルギー ÷ その空間の体積」で求められます。「たくわえられたエネルギー」[]、「その空間の体積」[] のとき、電場のエネルギー密度の単位はどれ?
答えと解説
正解:A
かける量(たくわえられたエネルギー)の単位が分子、割る量(その空間の体積)の単位が分母に来ます。まとめると 。
問2電場のエネルギー密度 = たくわえられたエネルギー ÷ その空間の体積 です。「電場のエネルギー密度」[]、「その空間の体積」[] のとき、「たくわえられたエネルギー」の単位はどれ?
答えと解説
正解:D
言葉の式を「たくわえられたエネルギー」について解き直すと「たくわえられたエネルギー = 電場のエネルギー密度 × その空間の体積」。単位を入れると = 。
問3電場のエネルギー密度 = たくわえられたエネルギー ÷ その空間の体積 です。「電場のエネルギー密度」[]、「たくわえられたエネルギー」[] のとき、「その空間の体積」の単位はどれ?
答えと解説
正解:D
言葉の式を「その空間の体積」について解き直すと「その空間の体積 = たくわえられたエネルギー ÷ 電場のエネルギー密度」。単位を入れると = 。