Wikibooks jawikibooks https://ja.wikibooks.org/wiki/%E3%83%A1%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%83%9A%E3%83%BC%E3%82%B8 MediaWiki 1.47.0-wmf.24 first-letter メディア 特別 トーク 利用者 利用者・トーク Wikibooks Wikibooks・トーク ファイル ファイル・トーク MediaWiki MediaWiki・トーク テンプレート テンプレート・トーク ヘルプ ヘルプ・トーク カテゴリ カテゴリ・トーク Transwiki Transwiki‐ノート TimedText TimedText talk モジュール モジュール・トーク Event Event talk 4 705 305097 305042 2026-10-22T15:46:51Z Kyube 57 sty, リンク切れ外部リンクを含む文章を打ち消し表示。 305097 wikitext text/x-wiki {{Proposed|すたいるまにゆある|[[WB:MOS]]}} :''以下は暫定的に[[w:Wikipedia:スタイルマニュアル]]から必要な部分をコピーしただけのもので、詳細は決定していません。足りない、あるいは細部が合わないなどの不都合がある場合があります。'' '''スタイルマニュアル'''は、ウィキブックスの本の全てのページが同様な見かけでなければならないというもっとも重要な目的を達成するために必要な様式の指針です。<!--以下のルールは最後の言葉まで抗議を受け付けません。もちろん、本様式より優れている様式もあるでしょう。しかし全ての記事が同じ様式で書かれるからこそ、[[w:ウィキブックス]]は、記述しやすく、編集しやすくなるのはもちろん、読みやすく、使いやすいものになるのです。新しく寄稿される方は、はっきり意味のわかる記述が見栄えや形式より重要である事を心に留めておいて下さい。ウィキブックスがうまく成長すると、記事を執筆する方々がルールに外れた書き方をしても問題なくなります。フォーマットやスタイルのルールや修正方法に通じた編集者系ウィキブッキアン達が育ってくるからです。こうした人たちの作業は、（必ずしもよい名前ではないと抗議を受けつつも）ウィキブックスでは[[w:Wikipedia:雑草とり|Wikipedia:雑草とり]]と呼ばれたり、ウィキ化 (Wikification) と呼ばれたりしています。--> 様式の例文にはいつもマークアップが併記されていますが、本記事の目的は'''どのように'''マークアップを記述するかではなく、'''いつ'''これらを使わなければならないかです。'''ボールド体''' や''イタリック体'' 以外のマークアップに関しては、[[{{SITENAME}}:編集の仕方]]を見てください。 <!-- 記事のレイアウトは、[[{{SITENAME}}:レイアウトの指針|レイアウトの指針]]を見本にして下さい。イベントに記事を書く方は、[[w:Wikipedia:ニューススタイル|ニューススタイル]]に記事を適切なものにするための取り決めがあるので読むと良い記事が書けるでしょう。 以下で説明される形式を記事に用いる際は、[[{{SITENAME}}:決まり文句集]]にある雛型を、記事へコピー&ペーストして用いると便利です。 --> ''注釈 この記事に寄稿する方へ。 この「マニュアル」は簡潔で判りやすい事が望まれているので、例えば複雑な表のようなものはリンクへと追いやられるでしょう。'' == 記事の導入 == 現在のところ詳細は決まっていません。何も書かないか、あるいは簡単な前書きや概要が書かれるのが必要かもしれません。 === ナビゲーションをつける === 記事の冒頭にはその記事が、どの本のどの位置に属するのかはっきりさせるために、ナビゲーションをつけましょう。形式は以下の様なもの考えられますが、 # <syntaxhighlight lang=wikitext inline>{{[[テンプレート:Pathnav|Pathnav]]|メインページ|親項目|子項目}}</syntaxhighlight> # <syntaxhighlight lang=wikitext inline>[[親項目]] > [[子項目]] > 孫項目</syntaxhighlight> # <syntaxhighlight lang=wikitext inline>top:[[本のタイトル]] / previous:[[前のページ]] - up:[[章タイトル]] - next:[[次のページ]]</syntaxhighlight> このうち、1番（[[テンプレート:Pathnav]]）を使用して下さい。 '''使い方：''' # 繋がりを明確にするため、最上位項目を必ず[[メインページ]]にする。 # 本文との境界を明確にするため、引数frameに「1」を指定する。 '''正しい使い方（例）：''' * 例（出力）： {{Pathnav|[[メインページ]]|基本方針とガイドライン|frame=1}} * 例（入力）：<syntaxhighlight lang=wikitext inline>{{Pathnav|メインページ|Wikibooks:基本方針とガイドライン|frame=1}}</syntaxhighlight> == 見出しの様式 == {{Anchors|見出し}} 見出しのマークアップには <syntaxhighlight lang=wikitext inline>'''</syntaxhighlight> でなく、<code>==</code> もしくは <code>===</code> を使ってください。マークアップの結果、フォントが大きすぎるように見える（多くの人がこう感じるようですが）かもしれませんが、それは個々の記事の問題ではなくウィキブックスの採用している広域スタイルシートの問題です。記事の見出しをこのように書く利点としては、機械的に記事の見出しかどうか判断することができるため、検索した時に上位にランクされたり、ユーザーの設定によっては自動的に項目番号がつけられたりします。 見出しからはリンクを張らないでください。ページを見る環境によって見出しが正しく読めないことがあります。見出しの語にリンクを張りたいときには見出しのすぐ後に記事と同様に簡単な説明をもうけ、そこからリンクを張るようにしてください。 == 敬称は使用しない == 原則として文章中の人名に関して陛下、殿下、閣下、猊下、氏、様、さんなどの敬称は使用しないでください。 ただし、「ある特定の集団からは○○と敬称をつけて呼ばれる」のように中立的観点に立って、一つの事実として記述することは構いません。 == 図の注釈の様式 == 写真や画像には、必ず注釈を付けてください。ただし、画像自身にその画像を説明する注釈が含まれていればその限りではありません（例えば、本のカバーなどが画像自身に表題が含まれる良い例です）。 注釈は記事文の様式に従って下さい。例えば、記事文でイタリック体として扱われるもののみイタリック体で記述してください。 * Al Jolson in ''The Jazz Singer'' ** <syntaxhighlight lang=wikitext inline>Al Jolson in ''The Jazz Singer''</syntaxhighlight> 図の注釈はその直下につけるのが一般的です。 == 作品タイトルの様式 == 書籍、映画、雑誌、有名な音楽作品などの日本語のタイトルは『 』で括ってください。また、欧文表記の場合には「イタリック体」を使用してください（日本語作品の場合は『 』で構いません）。姉妹プロジェクトには、ある作品を解説した記事が用意されているかもしれません。もしタイトルをリンクしたい時は、ブラケット (<syntaxhighlight lang=wikitext inline>[[ ]]</syntaxhighlight>) の外に『 』やイタリック体のマークアップを付けてください。 *『[[w:坊っちゃん|坊っちゃん]]』 **<syntaxhighlight lang=wikitext inline>『[[w:坊っちゃん|]]』</syntaxhighlight> *[[w:交響曲|交響曲]] 第9番 作品95 『新世界より』（一般名部分は装飾しない） :以下のような記述はありうる。 :（前略）当日の演奏曲目は「オペラ『フィガロの結婚』序曲」と「交響曲第41番ハ長調K.551『ジュピター』」であった。（後略） [[w:Wikipedia:Filmographies and Discographies]]も見てください。 == 言葉の語源に関する様式 == イタリック体で表される言葉の語源は、さらにイタリック体で表してください。 * ''panning''という用語は[[w:1787年|1787年]]に初めて造り出された''panorama''という用語を語源とする。 ** <syntaxhighlight lang=wikitext inline>''panning''という用語は[[w:1787年|]]に初めて造り出された''panorama''という用語を語源とする。</syntaxhighlight> == 日本語の様式 == 日本語については[[w:Wikipedia:日本語環境]]、[[w:Wikipedia:外来語表記法]]、[[w:Wikipedia:日本語表記法]]で様々な議論がされています。 == つづりの様式 == 英語表記では、米国つづり、英国つづりのどちらを使っても構いません。 これは従うべきルールといったものではありませんが、アメリカにまつわる主題についてはアメリカ式の綴りを使い、イギリスにまつわる主題についてはイギリス式の綴りを使うとよいと思われます。また、ひとつの記事内ではどちらかに統一するのがいいでしょう。もしも記事名に英語を用いている場合には、アメリカ英語とイギリス英語の両方の綴りのファイルが存在し、一方が他方へのリダイレクトになるようにして下さい。 == 数字、重量、長さの様式 == ピンボールの得点のようなとても大きな数字は、全て3桁ずつのコンマで区切らなければなりません。ただし、科学的な文脈では[[w:科学的な表現|科学的な表現]]が好まれます。以下を見てください。 *このピンボールゲームの最高得点は 11,933,750 点です。 *156,234,000,000,000,000,000,000,000,000 等、大きな数値を書く時には 1.56234 &times; 10²⁹ と表記して下さい。また、0.0000000000234 は 2.34 &times; 10^-11 と書くことができます。 **<syntaxhighlight lang=wikitext inline>156,234,000,000,000,000,000,000,000,000 などのような大きな数値を書く時には 1.56234 &times; 10²⁹ と表記して下さい。また、0.0000000000234 は 2.34 &times; 10^-11 と書くことができます。 </syntaxhighlight> 単位はできるだけ[[w:国際単位系|国際単位系(SI)]]で記述して下さい。それ以外の単位系であるヤード・ポンド法、尺貫法等を用いる時には、[[W:SI単位|SI単位]]を添えてください。 もし同じ単位が何度も出てくるなら、いつもSI単位に言い換える必要はありません。単位の変換をするのに[https://www.onlineconversion.com/ online conversions]は、有用な良いサイトです。 SI単位には標準的な記号、例えばメートルには m、キログラムには kg などを使用して下さい（記号のリストは[[w:国際単位系]]を参照）。 単位の前には半角スペースを入れてください。正確な量が分からないときなどは「およそ」等と付記した記述で結構です。 == 数式の様式 == <!--[[w:Wikipedia:ウィキプロジェクト 数学|ウィキプロジェクト 数学]]と[[w:Wikipedia:TeX記述法|Wikipedia:TeX記述法]]を参考にしてください。--> *<syntaxhighlight lang=wikitext inline><math></syntaxhighlight>タグについて **できるだけ使わないように心がけてください。利用者の設定によって表示のされ方が異なり、また、多用するとページの表示を遅くする原因になるからです。複雑な数式の場合に用いるようにしてください。 ** <del>利用する際は、[[w:Wikipedia:TeX記述法|TeX記述法]]を参照してください</del>。 （当該ページは削除されています） *数字、文字 **全て半角英数字を用いてください。 **文字は<syntaxhighlight lang=wikitext inline>''a''</syntaxhighlight>のようにシングルクォーテーション2つずつでくくり、イタリック体で表示させてください。 <!-- *記号 **実体参照を用いるようにしてください。 （この辺はどうしたらいいのでしょうか…） --> == 科学的な様式 == [[w:化学物質|化学物質]]および[[w:薬品|薬品]]に関する記事において: * [[w:IUPAC|IUPAC]] の勧告に従った慣用名をもつ場合の記事を除いて、可能な限り物質の[[w:IUPAC|IUPAC]] 名を使ってください。 * 周期表における「最新の」IUPAC 名を使ってください（最新のものでは [[w:ローマ数字|ローマ数字]]を使わずに[[w:アラビア数字|アラビア数字]]で表記します）。 == 引用形式 == <!-- 2026/10 現在 [[w:Wikipedia:著作権で保護されている文章等の引用に関する方針]] というページがあります。 --> <del>引用のスタイルついての一覧は https://bailiwick.lib.uiowa.edu/journalism/cite.html を見て下さい。</del> (当該ページは削除されています) 現在きちんとした {{SITENAME}} の引用形式はなく、引用はとても少なくなっています。[https://www.bungeika.or.jp/text/statements/19780130.htm 日本文藝家協会の声明]日本語版ではGFDL上の懸念から引用は2004年9月現在停止中です。 :''Proposal: {{SITENAME}} should adopt the recommendations of'' https://www.columbia.edu/cu/cup/cgos/idx_basic.html [[w:ISBN|ISBN]] はリンクに自動的に変換されます。購入しようとオンラインストアで探す読者にとって、とても便利です。しかし、ISBNは、ある本の特定の版を示していますので、絶版の場合には便利ではないでしょう。 The {{SITENAME}} software recognizes inline ISBNs; for example: <code><syntaxhighlight lang=wikitext inline>{{ISBN|0-12-345678-9}}</syntaxhighlight></code> becomes {{ISBN|0-12-345678-9}}. This creates an external link to a special booksource page, with links to sites where one may search for the best price for the book or access information about the book such as reviews and reader reactions. It is important when making a link to not put a colon after "ISBN". Please ''do not'' use ISBN numbers alone to identify books: please add a proper citation as well as the ISBN. == リンクの様式 == <syntaxhighlight lang=wikitext inline>[[w:ジョージ・W・ブッシュ]]</syntaxhighlight>のような、他のトピックへの「リンク」を推奨します。記事を読む助けになるなら、出てくる言葉を外部にリンクしてください。でもやりすぎには注意。言葉が出てくるたびにリンクする必要はありません。最初に単語が出てきたときに一度リンクすれば十分です。 リンク指定された言葉はウィキブックスによって自動的に、存在する記事へリンクされます（[[{{SITENAME}}:記事名の付け方]]参照）。もしも言葉が登録されていない場合でも、後で誰かが記事を書くときにリンクしやすくなります。 <syntaxhighlight lang=wikitext inline> [[English language|English]] </syntaxhighlight>のようにすることで、リンク先と完全に同一でない言葉でもリンクすることができます。リンクをたどらなくてもそれが何を指しているのかわかるようにしましょう。 なるべく正確なリンクを心がけてください。リンクしたい言葉が登録されていない場合、本当にないのかクイックサーチで検索してみましょう。もしかしたらほんの少し違った形で登録されているかもしれません。 == 参照先および関連記事の様式 == 記事本文中からはリンクされていない関連する記事に、あまり形式ばらない形でリンクする場合には、「''...も参照せよ''」というやり方で行うのが最適です。 == 年月日の様式 == 混乱を避けるために、年代にはつねに世紀を加えてください。すなわち<syntaxhighlight lang=wikitext inline>[[w:60年代|]]</syntaxhighlight>とはせずに、<syntaxhighlight lang=wikitext inline>[[w:1960年代|]]</syntaxhighlight>としてください。 年代の数字部分については半角数字を用いて下さい。 日本史にまつわる記事では、できるだけ和暦と西暦を併用し、世界史にまつわる記事では、できるだけ西暦を用いてください。また、西暦を使用している地域に関わる記事では、できれば西暦を用いて下さい。 * 西暦、和暦いずれでもない暦を用いる場合には、それが西暦または和暦にどう対応するのかがわかりやすいように表記して下さい。 姉妹プロジェクトウィキペディアに各年毎に1つ、その年に起こった出来事などを紹介するページが設けられます（月日、年代、世紀、千年期に関するページも存在します）。文中で年に言及する時にはそちらへリンクを張ると便利でしょう。これらの記事名の付け方は[[w:年表]]や[[w:365日]]からいくつかリンクをたどるとすぐに理解できるでしょう。 リンクを張るならば以下のような様式で書きます。 * [[w:474年|474年]]（年代） ** <syntaxhighlight lang=wikitext inline>[[w:474年|]]</syntaxhighlight> * [[w:紀元前474年|紀元前474年]]（紀元前のもの） ** <syntaxhighlight lang=wikitext inline>[[w:紀元前474年|]]</syntaxhighlight> * [[w:2月11日|2月11日]]（日付） ** <syntaxhighlight lang=wikitext inline>[[w:2月11日|]]</syntaxhighlight> * [[w:1958年|1958年]][[w:2月11日|2月11日]]（年代と日付けは分けてリンクを張って下さい） ** <syntaxhighlight lang=wikitext inline>[[w:1958年|]][[w:2月11日|]]</syntaxhighlight> *[[w:平成12年|平成12年]][[w:3月4日|3月4日]]（和暦） **<syntaxhighlight lang=wikitext inline>[[w:平成12年|]][[w:3月4日|]]</syntaxhighlight> * [[w:紀元前10世紀|紀元前10世紀]] ** <syntaxhighlight lang=wikitext inline>[[w:紀元前10世紀|]]</syntaxhighlight> * [[w:1830年代|1830年代]]（年代） ** <syntaxhighlight lang=wikitext inline>[[w:1830年代|]]</syntaxhighlight> == 人名の様式 == 文中で学者や歴史上の偉人の説明がほしい場合があるでしょう。姉妹プロジェクトのウィキペディアにその説明があるかもしれません。従って基本的に人名の様式は、ウィキペディアの[[w:記事名のつけ方|記事名のつけ方]]にある人名に関する記事名の様式に準じます。 1 日本人 *姓・名の順に、間にスペースなどを入れずに記す。原則として敬称・肩書はなし。 **例：「[[w:伊藤博文|伊藤博文]]」 *日本人の名前にはペンネームなどに特殊記号やアルファベットなどを用いているものがあるが、これらはそのまま表記し、カタカナ化などはしない。 **例：「藤子・F・不二雄」は「藤子エフ不二雄」とする必要はない。 * JIS X 0208にない漢字は記事名として用いず、読み方に即したひらがな、またはカタカナを使用する（言い換えれば、一般に機種依存文字に区分される漢字は用いない。Windowsで表示可能でも、他のOS、一部のブラウザで表示できない場合があるため）。 2 中国人、韓国人などで名前の表記が通常漢字である場合 *原則として漢字名を使用する。日本人の名前と同様に扱う。機種依存文字に区分される漢字の扱いも日本人に準ずる。 **例：「魯迅」 **例：「トウ小平」 *中国語の簡略体などで、日本で用いられている漢字と対応するものがある場合には、それを用いる。 見当たらない場合にはカタカナ表記を用いてもよい。 *用いられている漢字が見当たらない場合には、読み方に則したカタカナを使用する。 3 その他の外国人 * 名（ファーストネーム）・姓（ファミリーネーム）の順。姓名間の区切りは「・(全角)」で示し、ミドルネームは原則として省略する。 **例：「ジェラール・フィリップ」。 *ハイフンで結ばれた2つの語が名前に含まれている場合は、ハイフンの代わりにイコール記号（全角）を使う。（注：半角のイコールは、「記事名に使えない特殊記号」（上記）に含まれる） **例：「ジャン＝ポール・サルトル」 （アラブ・イスラム系の人名については[[w:ノート:ムハンマド#アラブおよびその他のイスラム系の人名についての記事名ルール案|ノート:ムハンマド]]にルール案が提示されています） 4 日系外国人、海外在住者などで、カタカナ表記が通例になっている場合 *広く流布していると思われる名前を記事名として用いる。語順も流布しているものに従う。 **例：「カズオ・イシグロ」「オノ・ヨーコ」 == URL および World Wide Web の様式 == ウィキブックスはリンクの集まりではありませんし、ある項目を見てリンクだけというのは見る人を失望させるものです。しかし、その項目について [[w:World Wide Web|World Wide Web]] 上に詳細の情報がある時には、リンクが適切なこともあります。特に、あるページの重要な情報をもとに記事を書いた時にはリンクは適切と言えます。 URLの形式を簡単に示すと以下のようになります。 :[URL 表記テキスト] URL は ''<syntaxhighlight lang=wikitext inline>https://</syntaxhighlight>'' や ''<syntaxhighlight lang=wikitext inline>ftp://</syntaxhighlight>'', ''<syntaxhighlight lang=wikitext inline>news://</syntaxhighlight>'' 等ではじめて下さい。これらは Wikiwiki のなかで外部リンクとして扱われます。 === URLのタイトル === URL に続けて、半角スペースとテキストを書いた時には、見た目上テキストだけが表示されます。 * [https://ja.wikibooks.org/ オープンソース教科書] ** <syntaxhighlight lang=wikitext inline>[https://ja.wikibooks.org/ オープンソース教科書]</syntaxhighlight> テキストを書かずに URL だけを書くと参照番号として表示されます。 * [https://ja.wikibooks.org/] ** <syntaxhighlight lang=wikitext inline>[https://ja.wikibooks.org/]</syntaxhighlight> === 記事内での書き方 === 外部 URL へのリンクは、記事の文章内からも張ることができます。 * オンラインでの共同作業の良い例の一つを[https://ja.wikibooks.org ウィキブックス、オープンソース教科書]で見ることができます。 ** <syntaxhighlight lang=wikitext inline>* オンラインでの共同作業の良い例の一つを[https://ja.wikibooks.org ウィキブックス、オープンソース教科書]で見ることができます。</syntaxhighlight> '''Note:''' URL にカッコをつない形式のリンクも存在しています。 * https://ja.wikibooks.org/ **<syntaxhighlight lang=wikitext inline>https://ja.wikibooks.org/</syntaxhighlight> しかし、この機能は将来なくなる予定です。URL自体を表記することがどうしても有用と思える場合には、簡略した形でURLをテキストで表示するといいでしょう。 * [https://ja.{{SITENAME}}.org/ ja.{{SITENAME}}.org] ** <syntaxhighlight lang=wikitext inline>[https://ja.wikibooks.org/ ja.wikibooks.org]</syntaxhighlight> == 簡単な表の作成 == 半角のスペースで始まる行は、フォントの幅が固定されて、簡単な表に使えます。多くの例が、[https://en.wikipedia.org/Wiki/English plural English plural] から見られます。 foo bar baz alpha beta gamma しかしこれはブラウザの設定によってはうまく動作しません。例えば Mozilla, Netscape などではデフォルトで日本語の等幅表示に等幅フォントが指定されていないのでそのままではずれて見えます。等幅に指定してあれば上記がきちんとそろって見ます。 記事の中にスペースだけの行があると、複数行改行したようなおかしな表示になります。 Or maybe not. ↑ここでは半角スペースだけの行と、Or maybe not. とだけ書いてありますが、通常の改行とも段落替えとも異なる空行ができているはずです。 == このページに解説されていない点について == もしもこのページでカバーされていない点に関して、どのようなスタイルを採用するのがよいか迷った場合には、既存の出版物を参考にしつつ、ノートのページや談話室などで提案や質問をしてみて下さい。 シンプルに書かれている記事を見かけたらぜひ「このページを編集」をクリックして、その記事の編集者たちがどうやってマークアップしているかを観察してみてください。そのまま変更せずに閉じてしまっても良いですが、できれば他の記事などを参考にマークアップに改良を加えてみてください。どんなによく書けている記事でも、より良いスタイルに持っていけたり、読みやすくしたりすることができるはずです。 == 凝ってもしょうがない Don't get fancy == マークアップにそれほど凝らないほうが、あなたやあなたの後の人には書きやすいものです。ここで説明されているものであっても、入力したものがちゃんと表示される保証があるとは考えないでください。 情報を、実用的で包括的な方法で表示するために必要な分以上のマークアップをしないことが、ウィキブックスを表示しやすく、編集したり記事を加えたりしやすくします。使いやすい百科事典というのが第一の目標ですが、楽に編集できたり手入れできたりすることはそれに次ぐ重要な目標です。 特にここで言いたいのは、HTMLマークアップを控えめに、理由のある時だけ使ってもらいたいということです。 == その他のご案内 == 投稿また編集する前に、これらの記事を読み、理解しておくことをお奨めします。 ''すでに記事の編集に慣れた方でも、これらの記事は常に更新されていますので、いつも参照するようにしてください。'' * [[{{SITENAME}}:ウィキブックスへようこそ]]は{{SITENAME}}の世界への簡単なイントロダクションです。 * [[{{SITENAME}}:基本方針とガイドライン]]には記事の書き方ではなく、{{SITENAME}}の方針がリストアップされています。 * [[w:Wikipedia:ページの編集は大胆に]] には記事を更新する時の規則が明示されています。 * [[{{SITENAME}}:記事名の付け方]]には、新しく記事を作成する際にどのような記事名にするかが記されています。 * [[{{SITENAME}}:編集の仕方]] は編集のする際の基本的なマニュアルです。どのようなマークアップで強調表記をしたり、リンクをしたりするのか、といったことが解説されています。 rpjj9i0b4lum9pmfvisgs51fmto3a5k 0 1939 305095 301197 2026-10-22T14:40:44Z Ziv 85818 ([[c:GR|GR]]) [[File:Coulomb.jpg]] → [[File:Charles Augustin de Coulomb.jpg]] [[c:COM:FR#FR2|Criterion 2]] · More precise and not just a meaningless one word name 305095 wikitext text/x-wiki {{pathnav|高等学校の学習|高等学校理科|高等学校物理|[[高等学校 物理基礎|物理基礎]]|pagename=電気と磁気|frame=1|small=1}} 本項は[[高等学校 物理基礎]]の電気と磁気の解説である。 ==電気== ===生活の中の電気=== ====電気と生活==== 現代社会において、私たちの日常生活には電気が欠かせない。多くの製品が電気を用いて動作しており、その理由はさまざまだが、主な要因は以下の通りだ。 まず第一に、電気は様々な別のエネルギー形態に変換できることが挙げられる。例えば、電熱線を使用すれば電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、暖房や調理などに利用することができる。また、電球や発光ダイオード（LED）を使用すれば、電気エネルギーを光エネルギーに変換して照明を行うことができる。さらに、電動機を使用すれば、電気エネルギーを機械的な運動エネルギーに変換して様々な機器や輸送手段を動かすことができる。 次に、電池やコンデンサを使用してエネルギーを貯蔵し、持ち運ぶことができる点も重要だ。これにより、モバイルデバイスや携帯電話など、電源に接続されていない場所でも電気を利用することが可能となる。また、電線を使用して長距離を送電することができるため、発電所から家庭や工場まで電気を供給することが可能だ。 さらに、電子製品は計算能力や信号の伝達能力が優れており、情報技術や通信分野で広く利用されている。また、電気は比較的に安全に取り扱うことができ、少量のエネルギーでも効率的に利用することができる点も大きな利点だ。 このように、電気は私たちの生活において欠かせないエネルギー源となっており、様々な面で便利さや効率性を提供している。 ====電動機と発電機==== 電動機と発電機は、現代の電気工学において重要な役割を果たしている。これらの装置は、電気エネルギーと機械的な運動エネルギーの相互変換を可能にし、さまざまな産業や日常生活において使用されている。 ;電動機: :電動機({{Lang-en-short|electric motor}})は電気エネルギーを機械的な運動に変換する装置だ。一般的な電動機は、導線が磁場内で動くことによって発生する力（[[#ローレンツ力|ローレンツ力]]）を利用して動作する。この原理に基づき、電動機は直流電動機と交流電動機の二種類に分けられる。直流電動機は直流電源からの電力を使用し、交流電動機は交流電源からの電力を使用する。電動機は、工場の機械や産業用機器、家庭用家電製品など、さまざまな用途に広く使用されている。 ;発電機: :発電機({{Lang-en-short|generator}})は、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する装置だ。一般的な発電機は、導線が磁場内で動くことによって電気を発生させる。主に回転運動を利用して電気を生成するため、発電機は機械的なエネルギーを電気エネルギーに変換する発電所で広く使用されている。発電所では、さまざまなエネルギー源（水力、風力、火力、原子力など）が利用され、それらの運動エネルギーが発電機によって電気エネルギーに変換される。 両者は相互に関連しており、電動機は発電機と同様の原理で動作しますが、逆のプロセスを行いる。つまり、電動機は電気エネルギーを機械的な運動に変換し、発電機は機械的な運動を電気エネルギーに変換する。このように、電動機と発電機は現代の産業や生活において欠かせない装置であり、エネルギーの効率的な利用に貢献している。 ====直流・交流と電波==== 直流と交流は電気の流れ方を表す用語であり、また電波は電磁波の一種である。以下にそれぞれの概要を示す。 ; 直流 (Direct Current, DC): 電池などの電源から供給される電流のうち、電極の正極から負極へ一方向に流れる電流を指す。直流は一定の電圧と極性を持ち、一定の方向に流れる特性を持つ。直流の利点は安定性と制御の容易さであり、電池式機器や一部の電子機器で使用される。 ; 交流 (Alternating Current, AC): 発電所などの電源から供給される電流のうち、定期的に正負が逆転する電流を指す。交流は定期的に波形を変化させるため、電力の送電や変圧、変換が容易であり、長距離送電に適している。また、家庭や工業用電気回路で広く使用されている。 実際には、直流と交流は機器や回路によって相互変換されることがある。 例えば、ダイオードを使用して交流を直流に変換する整流が行われる。 ; 電波 (Electromagnetic Waves) : 電波は、電磁波の一種であり、電場と磁場が周期的に振動する波動だ。電波は様々な周波数を持ち、それによって異なる特性や用途がある。電波は主に放送、通信、無線通信、レーダーなどの分野で広く利用されている。 : 電波の振動は空間を伝播し、電磁波として進行する。電波は真空中や空気中を伝播するため、導体を必要としない。これは、電波が電子の移動に依存せず、電場と磁場の振動によって生じるためだ。 : 電波は周波数によって分類される。低周波数の電波は、主にAMラジオや地上波テレビなどの放送に使用される。一方、高周波数の電波は、FMラジオや携帯電話、Wi-Fi、衛星通信などの通信に使用される。また、極超短波の電波は、レーダーやミクロ波オーブンなどに利用される。 : 電波はその特性から、情報の送受信や物体の探知、測定などに幅広く応用されている。そして、現代の通信技術や無線技術の発展において重要な役割を果たしている。 == 静電気 == プラスチックの下敷きなどで髪をこすると帯電する現象などのように、物質が電気を帯びることを'''帯電'''という。物体をこすって発生させる静電気を'''摩擦電気'''という。 ガラス棒を絹の布でこすると、ガラス棒は正の電気に帯電し、絹は負の電気に帯電する。 電気の量を'''電荷'''あるいは'''電気量'''という。 電荷の単位は'''クーロン'''である。クーロンの記号はCである。 静電気による電荷どうしに働く力を'''静電気力'''という。 なお、帯電していない状態を電気的に中性である、という。 金属のように、電気を通せる物体を'''導体'''という。プラスチックやガラスやゴムのように電気を通さない物質を'''絶縁体'''あるいは'''不導体'''という。 金属は導体である。 電気の正体は'''電子'''という粒子である。この電子は負電荷を帯びている。（電子の電荷が負に定義されているのは、人類が電子を発見する前に電荷の正負の定義が行われ、あとから電子が見つかった際に電子の電荷を調べたら負電荷だったからである。） [[File:Metalic bond model.svg|thumb|400px|金属中での自由電子の模式図]] 金属が導体なのは、金属中の電子は、もとの原子を離れて、その金属全体の中を自由に動けるからである。金属中の電子のように、物質中を自由に動ける状態の電子を、'''自由電子'''という。 電流とは、自由電子が移動することである。 いっぽう、絶縁体は、自由電子をもたない。絶縁体の電子は、すべて、もとの原子に束縛されて閉じ込められていて、自由には動けない。 正電荷とは、物質に電子が欠乏している状態である。 負電荷とは、物質が電子を多く持っている状態である。 帯電していない絶縁体の物質をこすりあわせて、両方を摩擦電気に帯電させた場合、片方は正電荷を生じ、もう片方の物質は負電荷を生じる。このとき、発生した正電荷の大きさと負電荷の大きさは同じである。 これは、電子が移動して、片方の物質は電子が不足し、もう片方は等量の電子が過剰になっているからである。 このように、電子は生成も消滅もしない。これを'''電荷保存則'''あるいは'''電気量保存則'''と言う。 === 静電誘導 === [[Image:Electrostatic induction.svg|thumb|upright=1.5|導体は、近くの電荷によって表面に電荷が誘導される。物体内部の静電気力の大きさはゼロである。]] 電気的に中性であった導体の物質（仮に物質Aとする）に帯電した別の物質（仮に物質Bとする）を接触させずに近づけると、物質Aには、帯電物質Bの電荷に引き寄せられて、物体Aの内部で反対符号の電荷が帯電物体Bに近い側の表面に生じる。また、帯電物体Bと同じ電荷は反発するので、物体A内部の帯電物体Bとは遠い側の表面に生じる。 このような現象を'''静電誘導'''という。静電誘導で生じた電荷の正電荷の量と負電荷の量は等量である。（電気量保存の法則） 導体の内部に静電気力は無い。もしあったとすると、自由電子などの電荷が動き、電流が流れ続けることになるが、そのような現象は実在しないので不合理になる。したがって、導体の内部に静電気力は無い。 表面に電荷が集まるのは、導体の内部に静電気力を作らせないためである。したがって静電誘導で引き寄せられる電荷の大きさは、外部から導体内部への静電気力を打ち消すだけの大きさである。 この導体内部の電荷がゼロになる性質を応用すると、中空の導体で出来た物体を用いて、静電気力を遮蔽することができる。これを静電遮蔽という。 === 誘電分極 === [[File:Pith ball electroscope operating principle.svg|thumb|300px|誘電分極の概念図]] 絶縁体に電荷を近づけた場合は、導体とは違い、物体Aの内部の電子は自由に表面には集まれないが、物体内部の原子の正負の電荷の極性を持った部分が、外部の静電気力に引き寄せられるように、近づけた電荷に近い側には異種の電荷が生じ、遠い側には、同種の電荷が生じる。 原子や分子が外部の静電気力によって、正負の電荷の部分が生じることを'''分極'''といいい、外部の電化によって起こる、このような分極のしかたを'''誘電分極'''という。 絶縁体は、静電気力にさらされると誘電分極を行うので、絶縁体のことを'''誘電体'''ともいう。 導体に静電誘導された正負の電荷は、導体を切断などをすれば正電荷と負電荷を別個に取り出すことができる。しかし誘電体の正負の電荷は、原子や分子と密接に結びついているため、正負の電荷を分かれて取り出すことは出来ない。 {{clear}} ==電場と磁場== ===電荷と電場=== ====電荷==== [[Image:Static repulsion.jpg|thumb|セロテープの同じ電荷による反発]] [[Image:Static attraction.jpg|thumb|セロテープの異電荷よる引き寄せ]] ある物質が電気を帯びている（帯電している）とき、その帯電の大小の程度を'''電荷'''という。さまざまな物質をいろいろな方法で帯電させた結果、電荷には、帯電した2個のものどうしを近づけた時に引っ張り合うもの（引力が働く）と反発しあうもの（斥力がはたらく）の2種類があることが分かった。 このような、帯電している物体に働く力を'''静電気力'''という。 べつの帯電したものを、他にもいくつか用意して、近づけて実験する2個の物体の組み合わせを変えると、組み合わせによって、2個の物体どうしに引力が働く場合もあれば、斥力が働く場合もあることが分かった。この引力と斥力の関係は、帯電した電荷の種類に応じることがわかった。 ==== 正電荷と負電荷 ==== 結論を言うと、電荷には正負の2種類がある。正の電荷どうしの物体を近づけたときは反発しあう。負の電荷どうしを近づけたときも反発しあう。正と負の電荷を近づけた時には引力が働く。 つまり、同符号の電荷を近づけた場合は、反発力が生じる。異符号の電荷を近づけた場合は、引力が生じる。 {{clear}} ==== 静電気力 ==== [[File:Charles Augustin de Coulomb.jpg|thumb|150px|クーロンの肖像。Charles Augustin de Coulomb]] [[Image:Bcoulomb.png|thumb|left|300px|クーロンが静電気力の測定に用いた、ねじり計り]] [[File:Coulomb torsion.svg|thumb|300px|]] 静電気どうしの力の強さは、実験的には、電荷の間に働く力は、重力の場合と同様に力を及ぼし合う2物体の間の距離の2乗に反比例することが知られている。更に、電荷の大きさが大きいほど電荷間に働く力が大きいことも考慮すると、距離''r''だけ離れてそれぞれが電荷<math>q _1</math>、<math>q _2</math>を持っている2物体の間に働く力''F''は、 :<math> F = k\frac{q_1 q_2}{r^2} = \frac 1 {4\pi\epsilon} \frac {q _1 q _2}{r^2} </math> で与えられる。これを'''クーロンの法則'''という。ここで、<math>k</math>は比例定数であり、両電荷の周囲にある物体の種類により変化する定数である。真空中での電場を考えた場合のkの値は、 :<math>k_0 = 9.0 \times 10^9 </math> N・m²/C²（クーロンの比例定数） である。また、<math>\epsilon</math>は後ほど登場する誘電率と呼ばれる物理定数である。誘電率は、両電荷の周囲にある物体の種類により変化する定数である。誘電率については、この文を初めて読んだ段階では、まだ知らなくても良い。のちに物理IIで誘電率を詳しく解説する。 誘電率<math>\epsilon</math>とクーロンの比例定数kには上式の関係 :<math>k= \frac 1 {4\pi\epsilon}</math> がある。 物体のまわりに蓄積されるものを'''電荷'''と呼ぶ。電気力によって反発しあったり、引きつけあったりする物体を'''電荷を持つ'''物体と呼ぶ。また、ここで観察される静電気力を、'''クーロン力'''と呼ぶことがある。 2個の電荷どうしがおよぼす力は同じであり、したがって'''作用・反作用の法則'''に従っている。 [[Image:Coulombslawgraph.svg|thumb|center|300px|2個の点電荷の間に働く力の関係。<br>クーロンの法則によるとF1=F2となる。]] ここで、電荷の単位はCで与えられる。記号のCは「クーロン」と読む。 {{-}} ---- *例題 [[File:クーロンの法則 例題1.svg|thumb|クーロンの法則 例題1]] 図のように、2本の糸に、それぞれ同じ質量mで、同じ符号と大きさの電荷qの球が、ぶらさがってる。これは、クーロン力で反発するので、図のように、糸が角度θをなす。 このとき、質量mによる重力と、電荷qによるクーロン力との関係について、式を立てよ。なお、必要ならば、糸の張力はTとすること。 {{-}} 解法 :[[File:クーロンの法則 例題1 解法.svg|thumb|left|400px|クーロンの法則 例題1 解法]] 図のような位置関係になるので、図のように式を立てればよい。 :※ このように、電気磁気学の問題では、図をきちんと書いて、解法を考える必要がある。数式だけで計算すると、立式ミスなどの原因になる。 {{-}} ---- ※ 上記の2本の糸にぶらさがった球のクーロン力の例題は、電気磁気学のどの入門書にもあるような典型的な問題であるので、読者はきちんと理解すること。 {{-}} ---- *問題例 **問題 電荷<math>q _1</math>, <math>q _2</math>の間の距離がrの場合と2rの場合では、間に働く力の大きさはどちらがどれだけ大きいか答えよ。 また、距離が2rの時の2点間の力の大きさを答えよ。 **解答 クーロン力は、物体間の距離の逆2乗に比例するので、距離が2rの時は、rの時の大きさの<math>\frac 1 4</math>となる。また、働く力の大きさは、クーロン力の式を用いて、 :<math> f = \frac 1 {4\pi\epsilon _0} \frac {q _1 q _2}{4r^2} </math> となる。 ---- ====電場 ==== 既に、ある電荷Aのまわりの別の電荷Bには、その電荷からの距離の逆2乗に比例した力がかかることを述べた。 [[File:電場の重ね合わせ.svg|thumb|400px|電場の重ね合わせ]] ここで、電荷Bが受ける力は、その電荷Bの大きさに比例することを合わせて考えると、その電荷Bの大きさにかかわらず、電荷Aの大きさだけで決まる量を導入しておくと都合がよい。ここで、そのような量として'''電場'''（でんば）を導入する。このとき、電場<math>\vec E</math>の中にある電荷<math>q</math>に働く力<math>\vec F</math>は、 :<math>\vec F = q \vec E</math> で与えられる。電場は単位電荷に働く力と考えることもでき、電場の単位はN/Cである。「電場」は、「電界」（でんかい）とも呼ばれる。 （日本の物理学では「電場」と呼ぶことが多く、また、日本の電気工学では「電界」と呼ばれることが多い。英語では“electric field”で共通している。） 上のクーロン力の結果と合わせると、電荷Aのまわりに別の電荷が存在しないとき、電荷<math>q</math>の電荷がまとう電場<math>\vec E</math>は、 :<math>\vec E = \frac 1 {4\pi\epsilon _0} \frac {q}{r^2} \vec e _r</math> で与えられる。ただし、rは電荷からの距離であり、<math>\vec e _r</math>は、電荷とある点を結んだ直線上で、電荷と反対方向を向いた単位ベクトルである。 電荷の回りの電場は、平面上で放射状のベクトルとなることに注意。 {| | [[File:VFPt minus thumb.svg|150px|thumb|負電荷の周りの電場の向き]] | [[File:VFPt plus thumb.svg|150px|thumb|正電荷の周りの電荷の向き]] |} 電場はベクトルである。電荷が2個あるときは、それぞれの電荷がつくる電場を、重ね合わせればよい。 :<math> \vec E = \vec {E_1} + \vec {E_2} </math> である。 電荷が3個以上のときも、同様に重ね合わせれば良い。 図のように、電荷から出る電場の方向を図示したものを'''電気力線'''という。 電荷が複数ある場合には、実際に新たに置かれた電荷が受ける力は、それらを足し合わせたものとなる。したがって、複数の電荷がある場合の周囲の電界は、それぞれの電荷が作る電界ベクトルの和となる（重ね合わせの原理）。 <!-- 電気力線 --> [[File:Camposcargas.PNG|thumb|left|300px|同符号の電荷どうし（左）を近づけた場合は反発しあう。異なる符号の電荷どうし（右）を近づけた場合は引き付け合う。]] [[File:VFPt dipole electric manylines.svg|thumb|center|200px|異符号の電荷どうしの場合の電気力線]] {{clear}} 電気力線を図示する場合は、正電荷から力線が出て、負電荷で力線が吸収されるように書く。力線は、電場を図示したものなので、電荷以外の場所では、力線が分岐することはない。 力線が生成するのは正電荷の場所のみである。力線が消滅するのは、負電荷の場所のみである。 言い換えれば、力線が電荷以外の場所で消滅することはないし、電荷以外の場所で力線が生成することはない。 導体の内部の電場はゼロであった。言い換えれば、電気力線は、導体の内部には進入できない。 [[File:VFPt image charge plane horizontal.svg|200px|thumb|電気力線は、導体の内部には進入できない。]] <!-- ガウスの法則 --> [[File:E FieldOnePointCharge.svg|電気力線の分布]] 点電荷からは、図のように、放射状に電気力線が出る。クーロンの法則の係数にある :<math>\frac{1}{4 \pi \epsilon _0} \frac{q_1 q_2}{r^2}</math> のうちの、分母の <math>4 \pi r^2</math> は、球の表面積の公式に等しいので、電気力線の密度に比例して、電場の強さあるいは静電気力の強さが決まると考えられる。 静電誘導では、導体内部には静電気力が働いていないのであった。これは、電場という概念を用いて言い換えれば、導体内部の電場はゼロである、と言える。 ====電位==== クーロン力は力であるから、それに逆らって別の電荷を近づけた場合は、近づけた別の電荷は仕事をしたことになる。また、近づけた電荷を手放せば、クーロン力によって力を受け、仕事をすることになるから、近づいた状態にある別電荷は位置エネルギーを蓄えていることになる。 したがって、クーロン力に対しても位置エネルギーを定義することができる。（なお、衛星軌道上の物体のような、地表から大きく離れた場所の重力も、クーロン力と同様に逆2乗力なので、ここで考えた計算手法は重力による位置エネルギーにも応用できる。重力加速度gを用いた力mgというのは地表近くでの近似にすぎない。） クーロン力による電場の定義では、単位電荷に対して電場を定義したのと同様、位置エネルギーに対しても、単位電荷に応じて定義できる量を導入すると都合がよい。このような量を'''電位'''と呼ぶ。電位の単位は'''ボルト'''という。 クーロン力の結果と、<math>q</math>の電荷から距離''r''だけ離れた点の電位Vは、電場の積分計算で得られる。（積分をまだ習ってない学年の読者は、分からなくても気にせず、次の結果へと進んでください。）結果のみを記すと、 :<math>V=\frac{1}{4\pi\epsilon _0} \frac{q}{r}</math> となる。 電位Vの点に''q''の電荷を置いたとき、この電荷のクーロン力による位置エネルギー''U''は、電位Vを用いれば、 :<math>U = qV</math> となる。したがって、電位<math>V_1</math>ボルトの点から電位<math>V_2</math>ボルトの位置へと電荷''q''が静電気力を受けて移動するとき、静電気力のする仕事''W''は :<math>W = q(V_2 - V_1)</math> となる。 {{-}} [[File:一様な電場.svg|thumb|500px|一様な電場]] いっぽう、一様な電場においては、電位の式を、電場を用いて簡単に表すことができる。距離''d''だけ離れた平行平板電極の間に一様な電場<math>\vec E</math>が生じているとき、この電界の中に置いた電荷''q''は静電気力<math>q\vec E</math>を受ける。この電荷が電界の向きに沿って一方の電極から他方の電極まで移動するとき、電界のする仕事''W''は <math>W = qEd</math> となる。これより、2極板の電位差''V''は、 :<math>V=Ed</math> で表すことができることがわかる。式を変形して :<math>E= \frac{V}{d}</math> とすることもできる。ここで、単位を考えると、右辺は電圧を距離で割ったものであるから、電界の単位として[N/C]のほか[V/m]を用いることもできることがわかる。 電位の単位は'''ボルト'''であり、この量は既に[[中学校理科]]などで扱った[[w:電圧|電圧]]の単位と'''同じ'''単位である。実際に電気回路に電圧をかけることは、回路中の電子に電場をかけて動かすことと'''等しい'''。 静電誘導によって、導体内部の電場はゼロであった。このことから、導体の表面は、電位が等しい。導体表面は互いに等電位である。 電位の基準は、実用上は、地面の電位をゼロに置くことが多い。電気回路の一部を大地につなぐことを接地または'''アース'''という。回路をアースして、そのつないだ部分の電位をゼロと見なすことが多い。 *問題例 **問題 直線上で距離0, bの点に、電荷q, q'を持つ物体が置いてある。この時、位置a(a<b)の点の電位を求めよ。 **解答 電位の式を用いればよい。電荷が複数あるときには、電位はそれぞれの電荷がつくり出す電荷の和になることに注意。答えは、 :<math>V = \frac{1}{4\pi\epsilon _0} (\frac{q}{a} + \frac{q'}{b-a})</math> となる。 ---- 導体表面は等電位なので、よって、電気力線は導体表面に垂直である。 このことから、電気力線と電場は垂直である。 電場が重ね合わせられるように、電位も重ね合わせられる。なぜなら電位とは、電場を考えてる経路にて積分したものであるから。 学校のテストなどでは、電位の計算のさい、クーロン力の方向の勘違いなどによる計算ミスなどをふせぐため、電場を求めてから、それを積分して、電位を求めるのが、計算上は安全である。 == 静電誘導と誘電分極 == === コンデンサー === [[File:コンデンサー 構造と原理.svg|thumb|400px|コンデンサー]] '''コンデンサー'''は、図のように、2枚の電極が向かいあい、回路中に電荷を蓄積できる部分を与える素子である。 [[File:コンデンサー 充電の仕組み.svg|thumb|500px|コンデンサーの充電の仕組み]] コンデンサーに電荷を蓄えることを'''充電'''という。コンデンサーから電荷を放出させることを'''放電'''という。 コンデンサの両端にある電位Vが与えられたとき、コンデンサには、電位に比例する電荷Qが蓄積される。このとき、コンデンサの蓄積能力を記号で C とおいて、 :<math>Q=CV</math> としてCを取る。Cは'''静電容量'''と呼ばれ、単位はF('''ファラド''')で与えられる。 1ファラドは実用上は大きすぎるので、10^-12ファラドを単位にした1pF(ピコファラド)や、10^-6ファラドを単位にした1μF(マイクロファラド)が使われることが多い。 {{-}} === 平行板コンデンサー === [[File:平行板コンデンサー 電場.svg|thumb|400px|平行板コンデンサーの電場]] 極板が平行なコンデンサーを平行板コンデンサーという。 平行板コンデンサーの、極板どうしの電場は、一様な電場である。 この平行板コンデンサーの静電容量Cの式は、後述する理由により、 :<math>C=\epsilon_0 \frac{S}{d}</math> で与えられる。ここで、Sは導体平面の面積であり、dは導体間の距離である。 実験的にも、この静電容量の公式は、正しいことが確かめられている。 * 平行板コンデンサーの静電容量の公式の導出 ここで与えた静電容量は、'''平面上に電荷が一様に分布する'''との仮定で導かれる。このとき、導体間に生じる電界Eは、導体が持つ電荷をQ, -Qとした時、 まず、極板の電荷密度が、極板のどこでも一定だと仮定して（そのためには、コンデンサーの広さ（つまり面積）が、じゅうぶんに広いと仮定する必要がある。ともかく、このような仮定により、電荷密度は）、 :電荷密度＝<math>Q/S</math> である。 電気力線の性質として、プラスの電荷から生じてマイナスの電荷で吸収されるので、よって平行板コンデンサー間の電気力線の分布は、図のように、電気力線が、プラス極板から垂直に、マイナス極板へ向かって電気力線が出て、そしてマイナス極板に電気力線が吸収される。 電場は、導体間の各点で、 :<math>E = \frac{Q/S}{\epsilon _0} =\frac{Q}{\epsilon _0 S}</math> で与えられる。電場が求められたので、ここから電位を計算できる。導体間の各点で電場の大きさが均一なので、電位の大きさは電場の大きさに2点間の距離をかけたものになる。ここで、電位Vは、 :<math>V=Ed=\frac{d}{\epsilon_0S}Q</math> となるが、この式と静電容量Cの定義を見比べると、 :<math>C=\epsilon_0\frac{S}{d}</math> が得られる。 == 電流と電気回路 == [[Image:Wheatstonebridge.svg|right|thumb|300px|alt=A Wheatstone bridge has four resistors forming the sides of a diamond shape. A battery is connected across one pair of opposite corners, and a galvanometer across the other pair. |電気回路の例。読者が、この図の意味が分かるようになるのが、本節の目標の一つである。ちなみに「ホイットストン・ブリッジ」（Wheatstone bridge）という回路である。<br>R1やR2、R3、Rxは抵抗。V_Gを丸で囲っている記号は電圧計。<br>A、B、C、Dは単なる回路の合流している接点。]] 導線などの導体内の電気の流れを'''電流'''という。電流の強さは'''アンペア'''という単位で表す。1アンペアの定義は次の通りである。 1秒間に1クーロン（記号C）の電流が通過することを1'''アンペア'''という。 アンペアの記号はAである。また、電流は、単位時間あたりの電荷の通過量でもあるので、電流の単位をA = C/sである。 電流Iと時間tで導線断面を通過する電荷Qの関係を式で表すと、 :<math>I=\frac{Q}{t}</math> である。 電流の向きの取り方については、自由電子は負電荷を持っているから、自由電子の向きとは反対向きに電流の向きをとることに注意せよ。 次に電流と自由電子の速度との関係を考える。 自由電子の電荷の絶対値をeとすると、自由電子は負電荷であるから、自由電子の電荷はマイナス符号がつき-eである。 === オームの法則 === ドイツ人の物理学者オームは次のような法則を発見した。 「ほとんどの導体では、電流 I が流れている導体中の2点の点 <math>P_1</math>と点 <math>P_2</math> 間の電位差 <math>E = E_1 - E_2</math> は、電流 I に比例する。」 この実験法則を'''オームの法則'''という。 式で表すと、電位差をVとして、電流をIとした場合に、比例係数をRとして、 :V=RI である。 ここで、電位と電流の比例係数Rを'''電気抵抗'''あるいは単に'''抵抗'''という。 電気抵抗の単位はオームと言い、記号は&Omega;で表す。 慣習的に、抵抗の記号はRであらわす場合が多い。 === 電気回路 === [[File:Ohm's Law with Voltage source TeX.svg|right|thumb|電気回路図の例。電源は交流電源。vが電圧。Rが抵抗。iは電流。]] 電気回路へエネルギーを供給する電源として定電圧の直流電源を考える。回路の2地点間にある一定の電圧を供給し続けるものである。電圧源の回路図記号としては[[File:Cell.svg|30px|電圧源]]が用いられる。記号の長い側が正極であり、プラスの電位である。記号の短い側は負極である。 乾電池は、直流電源として取り扱って良い。 なお、これらは直流電源である。交流の場合は一般化した電圧源として[[File:Voltage Source.svg|30px|交流電圧源]]の記号を用いる。また特に正弦波交流電圧源であれば[[File:Voltage Source (AC).svg|30px|正弦波交流電圧源]]の記号を用いる。 ==== 抵抗器 ==== [[File:3 Resistors.jpg|thumb|抵抗]] '''抵抗器'''(resistor)は、通常は単に'''抵抗'''と呼ばれる回路素子であり、与えられた電気エネルギーを単純に消費する素子である。回路図記号は[[File:Resistor symbol America.svg|60px|抵抗]]あるいは[[File:Resistor symbol IEC.svg|60px|負荷]]であるが、本書では、両者とも抵抗の回路図記号として用いることにする。（画像素材の確保の都合のため、両方の記号が本書では混在します。ご容赦ください。） {{clear}} ===== 抵抗器の図記号 ===== 日本では、抵抗器の図記号は、従来はJIS C 0301（1952年4月制定）に基づき、ギザギザの線状の図記号で図示されていたが、現在の、国際規格のIEC 60617を元に作成されたJIS C 0617（1997-1999年制定）ではギザギザ型の図記号は示されなくなり、長方形の箱状の図記号で図示することになっている。旧規格であるJIS C 0301は、新規格JIS C 0617の制定に伴って廃止されたため、旧記号で抵抗器を図示した図面は、現在ではJIS非準拠な図面になってしまう。しかし、拘束力は無いため、現在も従来の図記号が多用されている。 <gallery> ファイル:Resistor_symbol_America.svg|従来規格の図記号 ファイル:Resistor_symbol_IEC.svg|新規格の図記号 </gallery> ==== 電気回路図記号の例 ==== <gallery> ファイル:固定抵抗器.svg|固定抵抗器 File:Variable resistor as rheostat symbol GOST.svg|可変抵抗器 ファイル:電池.svg|電池、直流電源（長い方が正極） File:Voltage Source (AC).svg|交流電源 ファイル:SPST-Switch.svg|スイッチ ファイル:コンデンサ.svg|コンデンサ File:Inductor h wikisch.svg|コイル File:Symbole amperemetre.png|電流計 File:Symbole voltmetre.png|電圧計 File:Earth Ground.svg|接地 ファイル:Fuse.svg|ヒューズ </gallery> ==== 直列と並列 ==== 複数の回路素子が1つの線上に配置されているような接続を'''直列接続'''といい、複数の回路素子が二股に分かれるように配置されている接続を'''並列接続'''という。 直列接続においては、それぞれの回路素子に流れる電流は全て等しい。一方、並列接続においてはそれぞれの回路素子の両端にかかる電圧が全て等しい。 また、直列接続においてはそれぞれの回路素子にかかる電圧の和が全電圧となり、並列接続においてはそれぞれの回路素子を流れる電流の和が全電流となる。 ==== 直列での合成抵抗 ==== 抵抗が複数接続されている場合、その複数の抵抗をまとめてあたかも1つの抵抗が接続されているかのような等価的な回路を考えることができる。複数の抵抗と等価な1つの抵抗を'''合成抵抗'''という。 [[ファイル:Resistors in series.svg|thumb|直列抵抗]] 抵抗が''n''個直列に接続されている場合を考える。抵抗<math>R_1, R_2, \cdots, R_n</math>が直列に接続されている場合、各抵抗を流れる電流は等しく、これを''i''とする。各抵抗<math>R_k (k = 1, 2, \cdots, n)</math>にかかる電圧を<math>v_k</math>とすると、オームの法則より :<math>v_k = R_ki (k = 1, 2, \cdots, n)</math> が成り立つ。このとき直列抵抗の両端の電圧''v''は、 :<math>v = \sum_{k=1}^n v_k = \sum_{k=1}^n R_k i = i\sum_{k=1}^n R_k</math> である。これと等価な抵抗''R''が1つだけ接続されているような等価回路を考えるとき、 :<math>v = Ri</math> が成り立つから、したがってこれらの''n''個の直列抵抗の合成抵抗''R''として :<math>R = \sum_{k=1}^n R_k</math> を得る。すなわち、直列合成抵抗は各抵抗の総和となる。 ==== 並列での合成抵抗 ==== [[ファイル:Resistors in parallel.svg|thumb|並列抵抗]] 同様に、抵抗が''n''個並列に接続されている場合を考える。抵抗<math>R_1, R_2, \cdots, R_n</math>が並列に接続されている場合、各抵抗の両端の電圧は等しく、これを''v''とする。各抵抗<math>R_k (k = 1, 2, \cdots, n)</math>を流れる電流を<math>i_k</math>とすると、オームの法則より :<math>v = R_ki_k (k = 1, 2, \cdots, n)</math> が成り立つ。このとき並列抵抗へ流れ込む電流''i''は、 :<math>i = \sum_{k=1}^n i_k = \sum_{k=1}^n \frac{v}{R_k} = v\sum_{k=1}^n \frac{1}{R_k}</math> である。これと等価な抵抗''R''が1つだけ接続されているような等価回路を考えるとき、 :<math>v = Ri</math> が成り立つから、したがってこれらの''n''個の並列抵抗の合成抵抗''R''として :<math>\frac{1}{R} = \sum_{k=1}^n \frac{1}{R_k}</math> を得る。すなわち、並列合成抵抗の逆数は各抵抗の逆数の総和となる。 ==== 電力 ==== 抵抗Rを電流Iが流れるとき、その部分の発熱のエネルギーは、1秒あたりにRI²である。これを'''ジュール熱'''という。名前の由来は物理学者のジュールが調べたからである。オームの法則より、V=RIでもあるので、ジュール熱はVIとも書ける。 そこで、ひとまず、熱の考察には離れて、次の量を定義する。電気回路のある2点間を流れる電流Iと、その２点間の電圧Vとの積VIを'''電力'''と定義する。電力の記号はPで表わされることが多い。 電力の単位のジュール毎秒J/sをWという単位で表し、この単位Wはワットと読む。 つまり電力は記号で :P=VI である。 ==== 抵抗率 ==== 導線の太さや長さによって抵抗の大きさは変わる。直感的に太いほうが流れやすいのは分かるだろう。また、並列接続と対応させることでも導線が太いほうが流れやすいことは言える。 実際に電気抵抗は、導線の太さに反比例して小さくなることが実験的に確認されている。そこで、つぎのような式においてみよう。 抵抗をRとした場合、導線の太さを面積で表しAとすれば、比例定数にkを用いれば、 :R ∝ 1/A である。（ ∝は、比例関係を表す数学記号。） さらに、導線は材質や太さが同じならば、導線が長いほど抵抗が、長さに比例して抵抗が大きくなることが、確認されている。そこで、さらに、抵抗体の長さを考慮した式に表してみれば、次のようになる。抵抗帯の長さを''l''とすれば :R ∝ L/A である。 さらに、導線の材質によって、抵抗の大きさは変わる。同じ長さで同じ太さの抵抗でも、材質によって抵抗の大きさは異なる。そこで、材質ごとの比例定数を&rho;とおけば、抵抗の式は以下の式で記述される。 :<math>R=\rho \frac{l}{A}</math> &rho;は'''抵抗率'''と呼ばれる。抵抗率の単位は &Omega; m である。 == 磁力 == === 磁場 === [[File:Magnetic field near pole.svg|thumb|right|200px|棒磁石の周りに方位磁針を置いて磁場の向きを調べる。]] 磁石のまわりには別の磁石を動かす力のもととなるものが生じている。 これを'''磁場'''あるいは'''磁界'''と呼ぶ。 鉄やコバルトやニッケルに磁石を近づけると、磁石に吸い付けられる。 また、鉄やコバルトやニッケルに強い磁化を与えると、鉄やコバルトやニッケルそのものが磁場を周囲に及ぼすようになる。 このような、もともとは磁場を持たなかった物体が、強い磁場を受けたことによって磁場を及ぼすようになる現象を'''磁化'''という。 あるいは電荷の静電誘導と対応させて、磁化のことを'''磁気誘導'''ともいう。 そして、鉄やコバルトやニッケルのように、磁石に引き付けられ、さらに磁化をする能力がある物体を'''強磁性体'''という。 鉄とコバルトとニッケルは強磁性体である。 銅は磁化しないし、銅は磁石に引きつけられないので、銅は強磁性体ではない。 ;磁気遮蔽 静電誘導を利用した、静電遮蔽と言われる、中空の導体をつかって物質を囲むことで外部電場を遮蔽する方法があったのと同様の、磁気の遮蔽が、強磁性体でも出来る。中空の強磁性体を用いて、強磁性体の内部は磁場を遮蔽できる。これを'''磁気遮蔽'''という。磁気シールドともいう。 ==== 磁力線 ==== 磁場の向きが分かるように図示しよう。磁石の作る磁場の方向は、砂に含まれる砂鉄の粉末を磁石に、ちりばめて、ふりかけることで観察できる。 [[File:Magnet0873.png|left|300px|砂鉄による磁力線の観察]] {{clear}} これを図示すると、下図のようになる。（画像素材の確保の都合上、写真と図示とでは、N極とS極が逆になっています。ご容赦ください。） [[File:VFPt cylindrical magnet.svg|thumb|left|300px|磁力線の図示]] このような磁場の図を'''磁力線'''という。磁力線の向きは、磁石のN極から磁力線が出て、S極に磁力線が吸収されると定義される。棒磁石では、磁力の発生源となる場所が、棒磁石の両端の先端付近に集中する。そこで、棒磁石の両端の先端付近を'''磁極'''という。 このような磁石のつくる磁力線の形は、電気力線での、異符号の電荷どうしがつくる電気力線に似ている。 [[File:VFPt dipole electric manylines.svg|thumb|center|200px|異符号の電荷どうしの場合の電気力線]] 1つの棒磁石ではN極の磁気の強さと、S極の磁気の強さは等しい。また、磁石には、必ずN極とS極とが存在する。N極とS極の、どちらか片方だけを取り出すことは出来ない。たとえ棒磁石を切断しても、切断面に磁極が出現する。このような現象のおこる理由は、そもそも棒磁石を構成する強磁性体の原子の1個ずつが小さな磁石であり、それら小さな原子の磁石が、いくつも整列して、大きな棒磁石になっているからである。 仮想的に、磁極がS極またはN極の片方だけ現れた現象を理論計算のために考えることがあるが、このような片側だけの磁極を磁気'''単磁極'''という。磁気'''単磁極は観測されていない'''。 {{clear}} 棒磁石などからの、片側の磁極あたりの、磁極からの磁場の強さのことを、そのまま「磁極の強さ」（Magnetic charge）と呼ぶ。あるいは'''磁荷'''や'''磁気量'''という。 これから、この磁化と磁場の関係を式で表すことを考える。 まず、棒磁石には磁極が両側に2個あるので、計算を簡単にするために、棒磁石の両端の距離が大きく、反対側の磁極の大きさを無視できる磁石を考えよう。 このような磁石を用いて、実験したところ、次の法則が分かった。磁力の強さは2個の物体の磁気量m₁およびm₂に比例し、2個の物体間の距離rの2乗に反比例する。 式で表すと、 :<math>f = k_m \frac{q_1 q_2}{r^2}</math> で表される。（k_mは比例定数） これを発見者のクーロンの名にちなんで、'''磁気に関するクーロンの法則'''という。磁気量mの単位は'''ウェーバ'''といい、記号はWbで表す。 比例定数k_mと1ウェーバの大きさとの関係は、1メートル離れた1Wbどうしの磁極にはたらく力を約6.33×10⁴として、 比例係数k_mは、 :k_m =6.33×10⁴ N・m²/Wb² である。 つまり、 :<math>f = k_m \frac{m_1 m_2}{r^2} = 6.33\times10^4 \frac {m_1 m_2}{r^2}</math> である。 ==== 磁場の式 ==== 静電気力に対して、電場が定義されたように、磁気力に対しても、場が定義されると都合が良い。磁気量m₁が作る、次の量を'''磁場の強さ'''あるいは'''磁場の大きさ'''と言い、記号はHで表す。 :<math>H = k_m \frac{m_1}{r^2} = 6.33\times10^4 \frac {m_1}{r^2}</math> 磁場の強さHの単位はN/Wbである。Hを用いると、磁気量m₂にはたらく磁気力fは、 :<math>f = m_2H</math> と表せる。 == 電流がつくる磁場 == ===アンペールの法則=== [[Image:Electromagnetism.svg|thumb|right|電流の方向と磁束密度の方向の関係.<br>磁束の向きは、右ねじの法則の向きである。.]] 物理学者のエルステッドは、電流の実験をしている際に、たまたま近くにおいてあった方位磁石が動くのを確認した。彼が詳しく調べた結果、以下のことが分かった。 電流が流れているときには、そのまわりには、磁場が生じる。向きは、電流の方向に右ねじが進むように、右ねじを回す向きと同じなので、これを'''右ねじの法則'''という。 アンペールが、磁場の大きさを調べた結果、磁場の大きさHは、電流Iが直線的に流れているとき、直線電流の周りの磁場の大きさは、導線からの距離をaとすると、磁場の大きさHは、 :<math>H=\frac{1}{2\pi a}I</math> であることが知られている。 これを'''アンペールの法則'''という。 磁場の大きさHの単位は、N/Wbであるが、いっぽうアンペールの法則の式をみればアンペア毎メートルA/mでもある。 ;電磁石 [[File:Simple electromagnet2.gif|thumb|電磁石の例.]] [[画像:VFPt Solenoid correct.svg|thumb|right|電磁石コイルにより発生した磁界（断面図）]] 導線をコイル状に巻けば、アンペールの法則で導線の周囲に発生する磁場が重なりあう。このようにした磁場を強めたコイルを'''電磁石'''という。導線に電流を流しているときにのみ、電磁石は磁場を発生する。導線に電流を流すのを止めると、電磁石の磁場は消える。 === 磁束密度 === 磁場の大きさHに、次の節で扱うローレンツ力の現象のため、比例係数&mu;（単位はニュートン毎アンペア N/A²）を掛けて、記号Bで表し、 :B=&mu;H とすることがある。この量Bを'''磁束密度'''という。磁場の大きさHの向きと磁束密度Bの向きは'''同じ向き'''である。 また、磁場の大きさHと磁束密度Bの比例係数を'''透磁率'''という。 == ローレンツ力 == [[File:Lorentzkraft-graphic-part1.PNG|thumb|ローレンツ力の向き。電荷で考えた場合。<br>速度vから磁束密度Bに右ねじを回した向きがローレンツ力Fの向き。]] [[File:Lorentzkraft-graphic-part2.PNG|thumb|ローレンツ力の向き。<br>電流Iから磁束密度Bに右ねじを回した向きがローレンツ力Fの向き。]] まず、導線を用意したとしよう。この導線は固定されずに静止しているとして、もし導線に力が加われば、導線が動けるようにしてるとしよう。 この導線に電流を流しただけでは、べつに導線は動かない。しかし、この導線に、外部の磁石による磁場が加わると、導線が動く。このような、磁場と電流の相互作用によって、導線に生じる力を'''ローレンツ力'''という。 ローレンツ力の向きは、導線の電流の向きと磁場の向きに垂直である。電流Iの向きから磁束密度Bの向きに右ねじを回す向きと同じである。 また、ローレンツ力の大きさは、導線の長さ''l''と、磁場の導線との垂直方向成分に比例する。 ローレンツ力の大きさFを式で表せば、電流と磁場とが垂直だとして、磁場を受けている導線の形状が直線形だとして、電流をIとして、導線の長さを''l''として、導線にかかっている外部磁場の磁束密度をBとすれば、 :<math>F=IBl</math> で表せる。 ローレンツ力の公式に、クーロンの法則などでは見られたような比例係数（係数Kなど。）が含まれないのは、そもそも、このローレンツ力の現象を元に、磁気量ウェーバWbの単位および磁束密度Bの単位が、決定されているからである。 また、「磁束密度」の名称が、「磁束」・「密度」というのは、実は磁束密度の単位のN/(A・m)は、単位を式変形するとWb/m²でもあることが由来である。この単位Wb/m²を、電気工学者のテスラの名にちなみ、単位Wb/m² を'''テスラ'''と言い、記号Tで表す。 :T = Wb/m² このローレンツ力の現象が、電気機器のモータ（電動機）の原理である。{{clear}} ==電磁誘導== アンペールの法則では、電流の周りに磁場ができるのであった。 :では逆に、磁場を用いて電流を起こすような現象はあるだろうか？ 実は、磁石を動かすなどして、磁場を伴う物体が運動すると、そのまわりには電場が生じる。 仮に、コイルの近くでそれを行なったとすると、生じた電場によってコイルの中には電流が流れる。 生じる電場の大きさは、 :<math>\vec E = \frac 1 {2\pi a} \frac {\Delta \vec B}{\Delta t}</math> となる。(半径aの円形のコイルの場合。) Eの単位はV/mであり、Bの単位はTである。 この現象を'''電磁誘導'''といい、電磁誘導によって発生した電流を'''誘導電流'''という。 また、誘導電流の向きは、磁石の動きによる、コイルの中を通る磁束の変化を妨げる向きに、電流が流れる。（誘導電流もアンペールの法則に従い、周囲に磁場を作る。） この誘導電流が、コイルの中を通る磁束の変化を妨げる向きに誘導電流が流れる現象を'''レンツの法則'''という。 同じ領域に''N''回巻かれたコイルが置かれた場合、ファラデーの電磁誘導の法則は、次のようになる。 : <math>\mathcal{E} = - N{{d\Phi_B} \over dt}</math> ここで、<math>\mathcal{E}</math>は起電力、&Phi;_B は磁束とする。''N''は電線の巻数とする。 この電磁誘導の現象が、火力発電や水力発電などの発電機の原理である。これ等の発電では、永久磁石を回転させることで、発電をしている。火力や水力というのは、機器の回転を得る手段にすぎない。また、発電所の発電には、永久磁石の回転を利用しているため、発生する電圧や電流は周期的な波形になり、次に説明する交流波形になる。 == 交流回路 == [[File:Waveforms.svg|thumb|400px|交流波形の例。<br>上から順に、<br>正弦波、<br>方形波、<br>三角波、<br>のこぎり波。]] 回路への入力電圧が周期的に時間変化する回路の電圧および電流を'''交流'''という。これに対し、乾電池などによって発生する電圧や電流のように、時間によらず一定な電圧や電流は'''直流'''という。 交流波形が何秒で1周するかという時間を'''周期'''という。周期の記号は<math>T</math>で表し単位は秒sである。 :<math>f = \frac{1}{T}</math> 1秒間に波形が何周するかという回数を'''周波数'''あるいは'''振動数'''(英語は、ともにfrequency)という。 電気の業界では周波数という用語を用いることが多い。物理の波の理論では振動数という表現を用いることが多い。 周波数の単位は1/sであるが、これを'''ヘルツ'''という単位で表し、単位記号'''Hz'''を用いて周波数fを表す。 交流電流や交流電圧が正弦波の場合は、これらのパラメータを用いて :<math>i(t) = I_0\sin(2\pi ft + \theta_i) = I_0\sin\left(\frac{2\pi}{T}t + \theta_i\right)</math> :<math>v(t) = V_0\sin(2\pi ft + \theta_v) = V_0\sin\left(\frac{2\pi}{T}t + \theta_v\right)</math> と書くことができる。 sinとは三角関数である。知らなければ数学IIなどを参考にせよ。 このときのsinの係数<math>I_0</math>や<math>V_0</math>を'''振幅'''といい、また時刻''t''=0における電流や電圧の値を示し、時間波形を決定する<math>\theta_i</math>や<math>\theta_v</math>を'''初期位相'''という。 発電所から一般家庭に送られてくる電圧は交流電圧である。東日本では50Hzであり、西日本では60Hzである。これは明治時代の発電機の輸入時に、東日本の事業者はヨーロッパから50Hz用の発電機を輸入し、西日本の事業者はアメリカから60Hzの発電機を輸入したことによる。 発電所から一般の家庭などに送られる電流の周波数を'''商用周波数'''という。 商用電源の電圧振幅は約140Vである。これは<math>100\times\sqrt{2}</math>Vである。 キロヘルツとは1000Hzのことである。キロヘルツはkHzと書く。 ;コイルの自己誘導 交流電流に対しては、電流と同じ振動数で、アンペールの法則で発生する磁場も振動する。 導線でつくられたコイルは、直流電流では、ただの導線としてはたらく。しかし、交流電流に対しては、電磁誘導により自己の発生させた磁場を妨げるような電流および起電力が発生する。これを'''自己誘導'''という。 自己誘導による起電力の大きさは、電流の時間変化率に比例する。自己誘導の起電力を式で書けば、比例係数をLとして、 :<math>e=-L\frac{\Delta I}{\Delta t}</math> である。 この比例係数<math>L</math>を'''自己インダクタンス'''という。自己インダクタンスの次元はV・S/mだが、これを'''ヘンリー'''という単位で表し、単位にHという記号を用いる。 ;相互誘導 [[ファイル:Transformer Flux.svg|thumb|相互誘導を利用した変圧器（transformer）]] 鉄心に二つのコイルを巻き、コイルの片方の電流を変化させると、アンペールの法則によって生じていた磁束も変化するから、反対側のコイルには、この磁束密度の変化を打ち消すような向きに起電力が発生する。この現象を'''相互誘導'''と言う。 電圧を入力させた側のコイルを'''1次コイル'''と言い、誘導起電力を発生させる側のコイルを'''2次コイル'''という。 相互誘導による起電力の大きさは、電流の時間変化率に比例する。相互誘導の起電力を式で書けば、比例係数をMとして、（相互誘導の比例係数はLでは無い。）式は、 :<math>e=-M\frac{\Delta I}{\Delta t}</math> である。 この比例係数<math>M</math>を'''相互インダクタンス'''という。相互インダクタンスの次元は、自己インダクタンスの単位と同じで'''ヘンリー''' Hである。 この相互インダクタンスの大きさは、両方のコイルの巻き数どうしの積に比例する。 == 電磁波 == [[File:Onde electromagnetique.svg|thumb|400px|電磁波の概略図。電場と磁場とは直交している。]] 磁場の動きによって電場が引き起こされることを電磁誘導のセクションで見た。 実際には電場の変化によって磁場が引き起こされることも知られている。 これによって何もない空間中を電場と磁場が伝播していくことが予想される。 電磁波の速度を物理学者のマクスウェルが計算で求めたところ、電磁波の速度は、真空中では常に一定で、かつ波の速度cを計算で求めたところ、 :c=3.0×10⁸ m/s となり、既に知られていた光速に一致した。 このことから、光は電磁波の一種であることが分かった。 波は波長λが長いほど、振動数fが小さくなる。波の波長λと振動数fの積fλは一定で、これは波の速度vに等しい。つまり :v=fλ である。 電磁波の場合は、速度が光速のcなので :c=fλ である。 === 電磁波の分類 === * 電波 放送用のテレビやラジオの電波は、電磁波の一種である。波長が0.1mm以上の電磁波が電波に分類される。なお、電波のうち、波長が1mm～1cmのミリメートルの電波をミリ波という。同様に、波長が1cm～10cmの電波をセンチ波という。波長10cm～100cm(=1m)の電波はUHFと言われ、テレビ放送などに使われるUHF放送は、この電波である。波長1m～10mの電波はVHFと言われる。テレビ放送のVHF放送は、この電波である。 * 赤外線 波長が0.1mm以下で、可視光線（可視光の最大波長は780 nm程度）より波長が長い電磁波は赤外線という。「赤」の「外」という理由は、可視光の最大波長の色が赤色だからである。赤外線そのものには色はついていない。市販の赤外線ヒーターなどが赤色に発光する製品があるのは、使用者が動作確認をできるようにするために、製品に赤色のランプを併置しているからである。赤外線は、物体に吸収されやすく、吸収の際、熱を発生するので、ヒーターなどに応用される。なお、太陽光にも赤外線は含まれる。 :発見の経緯 そもそも赤外線が発見された経緯は、イギリスの天文学者のハーシェルが太陽光をプリズムで分光した際に、赤色の光線のとなりの、目には色が見えない部分が温度上昇していることが発見されたという経緯がある。 * 可視光線 [[Image:Linear visible spectrum.svg]] {| class="wikitable" style="float:right; text-align:right; margin:0px 0px 7px 7px;" |- !色 !波長 !エネルギー |- | style="background-color:#CEB0F4; text-align:center;" |紫 |380-450 nm |2.755-3.26 eV |- | style="background-color:#B0CCF4; text-align:center;" |青 |450-495 nm |2.50-2.755 eV |- | style="background-color:#B4F4B0; text-align:center;" |緑 |495-570 nm |2.175-2.50 eV |- | style="background-color:#F4F4B0; text-align:center;" |黄色 |570-590 nm |2.10-2.175 eV |- | style="background-color:#F4DDB0; text-align:center;" |橙色 |590-620 nm |1.99-2.10 eV |- | style="background-color:#F4B0B0; text-align:center;" |赤 |620-750 nm |1.65-1.99 eV |} 我々、人間の目に見える可視光線の波長は、約780ナノメートルから約380ナノメートルの程度である。可視光の中で波長が最も長い領域の色は赤色である。可視光の中で波長が最も短い領域の色は紫色である。 光そのものには、色はついていない。我々、人間の脳が、目に入った可視光を、色として感じるのである。 太陽光をプリズムなどで分光すると、波長ごとに軌跡がわかれる。この分光した光線は、他の波長を含まず、ただ一種の波長なので、このような光線および光を'''単色光'''という。 また、白色は単色光ではない。'''白色光'''とは、全ての色の光が混ざった状態である。 同様に、黒色という単色光もない。黒色とは、可視光が無い状態である。 {{clear}} * 紫外線 紫外線は化学反応に影響を与える作用が強い。殺菌消毒などに応用される。太陽光にも紫外線は含まれる。人間の肌の日焼けの原因は、紫外線がメラニン色素を酸化させるからである。 :発見の経緯 赤外線は太陽光のプリズムによる分光で発見された。 「では、分光された紫色の光線のとなりにも、なにか目には見えない線があるのでは？」というふうなことが学者たちによって考えられ、 ドイツの物理学者リッターにより化学的な実験方法を用いて、紫外線の存在も実証された。 * X線およびガンマ線 医療用のレントゲンなどの透過写真で用いられるX線も電磁波の一種である。生物の細胞を分子レベルで傷つけ、発がん性が有る。 ガンマ線も同様に、透過写真にも応用されるが、生物の細胞を分子レベルで傷つけ、発がん性が有る。 {{clear}} ---- ===電気に関する探求活動=== ?? [[Category:高等学校教育|物ふつり1てんき]] [[カテゴリ:電気|高ふつり1てんき]] [[Category:物理学教育|高ふつり1てんき]] ani80i0rku4jti52g8qvpveqeprajjc 0 20958 305096 298678 2026-10-22T14:40:48Z Ziv 85818 ([[c:GR|GR]]) [[File:Coulomb.jpg]] → [[File:Charles Augustin de Coulomb.jpg]] [[c:COM:FR#FR2|Criterion 2]] · More precise and not just a meaningless one word name 305096 wikitext text/x-wiki {{要アップデート}} <small>[[高等学校理科/物理IB]] &gt; 電気</small> ---- 本項は[[高等学校理科/物理IB]]の電気の解説である。 ==電気== ===生活の中の電気=== ====電気と生活==== 現在私たちが使っている多くの製品が電気を用いて動いている。 これには様々な理由が考えられるが、まず第一に電気は様々な別のエネルギーに変換できること。例えば電熱線を使って熱に、電球や発光ダイオードを使って光に、モーターを使って運動に変換することが出来る。次に、電池やコンデンサを使ってエネルギーを維持したまま持ち運ぶことが出来ることや、電線を使って長距離を送電できること。また、電子製品の計算能力や信号の伝達能力が優れていること、また比較的に安全に少量のエネルギーが取り出せること、等が考えられる。 <!-- %(例えば、原子力を使ってお湯を沸かす人は % いないと思われる。) --> ====モーターと発電機==== 電気を運動に変えるものとして モーターがある。 これの逆のものとして、 運動を電気に変えることも出来る。 これを行なうのは発電機と呼ばれる。 例えば、発電所は何らかの運動のエネルギーを 利用して電気をおこしている。 例えば、水力発電所では、 水の落下する力を利用している。 大量の水が落下するときには 人間が何千人もかかってようやく 出来ることがなされることがある。 たとえば、切り立った海岸線などは 主に水の流れによって作られている。 このように、水の力は強大であるので、 それを上手く利用する方法があると 都合がよい。実際現代では 電気を媒介として、その力を 取りだすことに成功している。 <!-- %もっと工学的なことを書いた方がいいかも...。 % --> ====交流と電波==== 電池のように電極の+と-が定まった 電流を直流電流と呼ぶ。 一方、発電所から得られる電流のように +と-が速い速度で入れ換わる 電流を交流電流と呼ぶ。 実際にはダイオードを用いて 交流を直流に変えて 使うこともよく行なわれる。 何もない空間を光が直進しているように 見えることがある。実際にはこれは 電波と同じものである。 電波とは例えば、携帯電話の通信に使われるものであり、 電荷を持った物体を動かすと、必然的に 生じるものである。 == 静電気 == プラスチックの下敷きなどで髪をこすると帯電する現象などのように、物質が電気を帯びることを帯電という。物体をこすって発生させる静電気を'''摩擦電気'''という。 ガラス棒を絹の布でこすると、ガラス棒は正の電気に帯電し、絹は負の電気に帯電する。 電気の量を'''電荷'''（charge）という。あるいは'''電気量'''という。 電荷の単位は'''クーロン'''である。クーロンの記号はCである。 静電気による電荷どうしに働く力を'''静電気力'''という。 なお、帯電していない状態を電気的に中性である、という。 金属のように、電気を通せる物体を'''導体'''（conductor）という。プラスチックやガラスやゴムのように電気を通さない物質を'''絶縁体'''（insulator）あるいは'''不導体'''という。 金属は導体である。 電気の正体は'''電子'''（electron）という粒子である。この電子は負電荷を帯びている。（電子の電荷が負に定義されているのは、人類が電子を発見する前に電荷の正負の定義が行われ、あとから電子が見つかった際に電子の電荷を調べたら負電荷だったからである。） 正電荷とは、物質に電子が欠乏している状態である。 負電荷とは、物質が電子を多く持っている状態である。 帯電していない絶縁体の物質をこすりあわせて、両方を摩擦電気に帯電させた場合、片方は正電荷を生じ、もう片方の物質は負電荷を生じる。このとき、発生した正電荷の大きさと負電荷の大きさは同じである。 これは、電子が移動して、片方の物質は電子が不足し、もう片方は等量の電子が過剰になっているからである。 このように、電子は生成も消滅もしない。これを'''電荷保存の法則'''と言う。あるいは'''電気量保存の法則'''と言う。 === 静電誘導 === [[Image:Electrostatic induction.svg|class=skin-invert-image|thumb|upright=1.5|導体は、近くの電荷によって表面に電荷が誘導される。物体内部の静電気力の大きさはゼロである。]] 電気的に中性であった導体の物質（仮に物質Aとする）に帯電した別の物質（仮に物質Bとする）を接触させずに近づけると、物質Aには、帯電物質Bの電荷に引き寄せられて、物体Aの内部で反対符号の電荷が帯電物体Bに近い側の表面に生じる。また、帯電物体Bと同じ電荷は反発するので、物体A内部の帯電物体Bとは遠い側の表面に生じる。 このような現象を'''静電誘導'''（せいでんゆうどう;Electrostatic induction）という。静電誘導で生じた電荷の正電荷の量と負電荷の量は等量である。（電気量保存の法則） 導体の内部に静電気力は無い。もしあったとすると、自由電子などの電荷が動き、電流が流れ続けることになるが、そのような現象は実在しないので不合理になる。したがって、導体の内部に静電気力は無い。 表面に電荷が集まるのは、導体の内部に静電気力を作らせないためである。したがって静電誘導で引き寄せられる電荷の大きさは、外部から導体内部への静電気力を打ち消すだけの大きさである。 この導体内部の電荷がゼロになる性質を応用すると、中空の導体で出来た物体を用いて、静電気力を遮蔽することができる。これを静電遮蔽（せいでんしゃへい、electric shilding）という。 === 誘電分極 === [[File:Pith ball electroscope operating principle.svg|class=skin-invert-image|thumb|300px|誘電分極の概念図]] 絶縁体（仮にAとする）に電荷を近づけた場合は、導体とは違い、物体Aの内部の電子は自由に表面には集まれないが、物体内部の原子の正負の電荷の極性を持った部分が、外部の静電気力に引き寄せられるように、近づけた電荷に近い側には異種の電荷が生じ、遠い側には、同種の電荷が生じる。 原子や分子が外部の静電気力によって、正負の電荷の部分が生じることを'''分極'''（ぶんきょく）といいい、外部の電化によって起こる、このような分極のしかたを'''誘電分極'''（ゆうでんぶんきょく、dielectric polarization）という。 絶縁体は、静電気力にさらされると誘電分極を行うので、絶縁体のことを'''誘電体'''（ゆうでんたい、dielectric）ともいう。 導体に静電誘導された正負の電荷は、導体を切断などをすれば正電荷と負電荷を別個に取り出すことができる。しかし誘電体の正負の電荷は、原子や分子と密接に結びついているため、正負の電荷を分かれて取り出すことは出来ない。 {{clear}} ==電場と磁場== ===電荷と電場=== ====電荷==== [[Image:Static repulsion.jpg|class=skin-invert-image|thumb|セロテープの同じ電荷による反発]] [[Image:Static attraction.jpg|class=skin-invert-image|thumb|セロテープの異電荷よる引き寄せ]] ある物質が電気を帯びている（帯電している）とき、その帯電の大小の程度を'''電荷'''（でんか、electric charge）という。さまざまな物質をいろいろな方法で帯電させた結果、電荷には、帯電した2個のものどうしを近づけた時に引っ張り合うもの（引力が働く）と反発しあうもの（斥力がはたらく）の2種類があることが分かった。 このような、帯電している物体に働く力を'''静電気力'''という。 べつの帯電したものを、他にもいくつか用意して、近づけて実験する2個の物体の組み合わせを変えると、組み合わせによって、2個の物体どうしに引力が働く場合もあれば、斥力が働く場合もあることが分かった。この引力と斥力の関係は、帯電した電荷の種類に応じることがわかった。 ==== 正電荷と負電荷 ==== 結論を言うと、電荷には正負の2種類がある。正の電荷どうしの物体を近づけたときは反発しあう。負の電荷どうしを近づけたときも反発しあう。正と負の電荷を近づけた時には引力が働く。 つまり、同符号の電荷を近づけた場合は、反発力が生じる。異符号の電荷を近づけた場合は、引力が生じる。 {{clear}} ==== 静電気力 ==== [[File:Charles Augustin de Coulomb.jpg|thumb|150px|クーロンの肖像。Charles Augustin de Coulomb]] [[Image:Bcoulomb.png|thumb|300px|クーロンが静電気力の測定に用いた、ねじり計り]] 静電気どうしの力の強さは、実験的には、電荷の間に働く力は、重力の場合と同様に力を及ぼし合う2物体の間の距離の2乗に反比例することが知られている。更に、電荷の大きさが大きいほど電荷間に働く力が大きいことも考慮すると、距離''r''だけ離れてそれぞれが電荷<math>q _1</math>、<math>q _2</math>を持っている2物体の間に働く力''F''は、 :<math> f = k\frac{q_1 q_2}{r^2} = \frac 1 {4\pi\epsilon} \frac {q _1 q _2}{r^2} </math> で与えられる。これを[[w:クーロンの法則|クーロンの法則]]（ Coulomb's law）という。ここで、<math>k</math>は比例定数であり、両電荷の周囲にある物体の種類により変化する定数である。真空中での電場を考えた場合のkの値は、 :<math>k_0 = 9.0 \times 10^9 </math>[N・m²/C²]（クーロンの比例定数） である。また、<math>\epsilon</math>は後ほど登場する[[w:誘電率|誘電率]]と呼ばれる物理定数である。誘電率は、両電荷の周囲にある物体の種類により変化する定数である。誘電率については、この文を初めて読んだ段階では、まだ知らなくても良い。のちに物理IIで誘電率を詳しく解説する。 誘電率<math>\epsilon</math>とクーロンの比例定数kには上式の関係 :<math>k= \frac 1 {4\pi\epsilon}</math> がある。 物体のまわりに蓄積されるものを'''電荷'''と呼ぶ。電気力によって反発しあったり、引きつけあったりする物体を'''電荷を持つ'''物体と呼ぶ。また、ここで観察される静電気力を、'''クーロン力'''と呼ぶことがある。 2個の電荷どうしがおよぼす力は同じであり、したがって'''作用・反作用の法則'''に従っている。 [[Image:Coulombslawgraph.svg|class=skin-invert-image|thumb|center|300px|2個の点電荷の間に働く力の関係。<br>クーロンの法則によるとF1=F2となる。]] ここで、電荷の単位は<nowiki>[C]</nowiki>で与えられる。記号のCは「クーロン」と読む。 *問題例 **問題 電荷<math>q _1</math>, <math>q _2</math>の間の距離がrの場合と2rの場合では、間に働く力の大きさはどちらがどれだけ大きいか答えよ。 また、距離が2rの時の2点間の力の大きさを答えよ。 **解答 クーロン力は、物体間の距離の逆2乗に比例するので、距離が2rの時は、rの時の大きさの<math>\frac 1 4</math>となる。また、働く力の大きさは、クーロン力の式を用いて、 :<math> f = \frac 1 {4\pi\epsilon _0} \frac {q _1 q _2}{4r^2} </math> となる。 ====電場 ==== 既に、ある電荷Aのまわりの別の電荷Bには、その電荷からの距離の逆2乗に比例した力がかかることを述べた。 ここで、電荷Bが受ける力は、その電荷Bの大きさに比例することを合わせて考えると、その電荷Bの大きさにかかわらず、電荷Aの大きさだけで決まる量を導入しておくと都合がよい。ここで、そのような量として[[w:電場|電場]]を導入する。このとき、電場<math>\vec E</math>の中にある電荷<math>q</math>に働く力<math>\vec f</math>は、 :<math>\vec f = q \vec E</math> で与えられる。電場は単位電荷に働く力と考えることもでき、電場の単位は[N/C]である。電界は、[[w:電界|電界]]とも呼ばれる。 （日本の物理学では電場と呼ぶことが多く、また、日本の電気工学では電界と呼ばれることが多い。明治期の翻訳の際の、日本国内の業界ごとの違いに過ぎず、地域社会的な事象であり、呼び方は物理の本質とは関係ないので、ここでは、どちらの表現を用いるかは、本書では特にこだわらない。英語では物理学・電気工学とも“electric field”で共通している。） 上のクーロン力の結果と合わせると、電荷Aのまわりに別の電荷が存在しないとき、電荷<math>q</math>[C]の電荷がまとう電場<math>\vec E</math>は、 :<math>\vec E = \frac 1 {4\pi\epsilon _0} \frac {q}{r^2} \vec e _r</math> で与えられる。ただし、rは電荷からの距離であり、<math>\vec e _r</math>は、電荷とある点を結んだ直線上で、電荷と反対方向を向いた単位ベクトルである。 電荷の回りの電場は、平面上で放射状のベクトルとなることに注意。 {| | [[File:VFPt minus thumb.svg|class=skin-invert-image|150px|thumb|負電荷の周りの電場の向き]] | [[File:VFPt plus thumb.svg|class=skin-invert-image|150px|thumb|正電荷の周りの電荷の向き]] |} 図のように、電荷から出る電場の方向を図示したものを'''電気力線'''（でんきりきせん、electric line of force）という。 電荷が複数ある場合には、実際に新たに置かれた電荷が受ける力は、それらを足し合わせたものとなる。したがって、複数の電荷がある場合の周囲の電界は、それぞれの電荷が作る電界ベクトルの和となる（重ね合わせの原理）。 <!-- 電気力線 --> [[File:Camposcargas.PNG|thumb|left|300px|同符号の電荷どうし（左）を近づけた場合は反発しあう。異なる符号の電荷どうし（右）を近づけた場合は引き付け合う。]] [[File:VFPt dipole electric manylines.svg|class=skin-invert-image|thumb|center|200px|異符号の電荷どうしの場合の電気力線]] {{clear}} 電気力線を図示する場合は、正電荷から力線が出て、負電荷で力線が吸収されるように書く。力線は、電場を図示したものなので、電荷以外の場所では、力線が分岐することはない。 力線が生成するのは正電荷の場所のみである。力線が消滅するのは、負電荷の場所のみである。 言い換えれば、力線が電荷以外の場所で消滅することはないし、電荷以外の場所で力線が生成することはない。 導体の内部の電場はゼロであった。言い換えれば、電気力線は、導体の内部には進入できない。 [[File:VFPt image charge plane horizontal.svg|class=skin-invert-image|200px|thumb|電気力線は、導体の内部には進入できない。]] <!-- ガウスの法則 --> <div>[[File:E FieldOnePointCharge.svg|電気力線の分布]]</div> 点電荷からは、図のように、放射状に電気力線が出る。クーロンの法則の係数にある :<math>\frac{1}{4 \pi \epsilon _0} \frac{q_1 q_2}{r^2}</math> のうちの、分母の <math>4 \pi r^2</math> は、球の表面積の公式に等しいので、電気力線の密度に比例して、電場の強さあるいは静電気力の強さが決まると考えられる。 静電誘導では、導体内部には静電気力が働いていないのであった。これは、電場という概念を用いて言い換えれば、導体内部の電場はゼロである、と言える。 ====電位==== クーロン力は力であるから、それに逆らって別の電荷を近づけた場合は、近づけた別の電荷は仕事をしたことになる。また、近づけた電荷を手放せば、クーロン力によって力を受け、仕事をすることになるから、近づいた状態にある別電荷は位置エネルギーを蓄えていることになる。 したがって、クーロン力に対しても位置エネルギーを定義することができる。（なお、衛星軌道上の物体のような、地表から大きく離れた場所の重力も、クーロン力と同様に逆2乗力なので、ここで考えた計算手法は重力による位置エネルギーにも応用できる。重力加速度gを用いた力mgというのは地表近くでの近似にすぎない。） クーロン力による電場の定義では、単位電荷に対して電場を定義したのと同様、位置エネルギーに対しても、単位電荷に応じて定義できる量を導入すると都合がよい。このような量を'''電位'''（でんい、electric potential）と呼ぶ。電位の単位は'''ボルト'''という。電位を例えると、地表近くでの重力の位置エネルギーを考えた際の「gh」などに相当する量である。 クーロン力の結果と、<math>q</math>[C]の電荷から距離''r''だけ離れた点の電位Vは、電場の積分計算で得られる。（積分をまだ習ってない学年の読者は、分からなくても気にせず、次の結果へと進んでください。）結果のみを記すと、 :<math>V=\frac{1}{4\pi\epsilon _0} \frac{q}{r}</math> となる。 電位Vの点に''q''[C]の電荷を置いたとき、この電荷のクーロン力による位置エネルギー''U''[J]は、電位Vを用いれば、 :<math>U = qV</math> となる。したがって、電位<math>V_1</math>ボルトの点から電位<math>V_2</math>ボルトの位置へと電荷''q''[C]が静電気力を受けて移動するとき、静電気力のする仕事''W''[J]は :<math>W = q(V_2 - V_1)</math> となる。 一様な電場においては、電位の式を、電場を用いて簡単に表すことができる。距離''d''だけ離れた平行平板電極の間に一様な電場<math>\vec E</math>が生じているとき、この電界の中に置いた電荷''q''は静電気力<math>q\vec E</math>を受ける。この電荷が電界の向きに沿って一方の電極から他方の電極まで移動するとき、電界のする仕事''W''は<math>W = qEd</math>となる。これより、2極板の電位差''V''は、 :<math>V=Ed</math> で表すことができることがわかる。式を変形して :<math>E= \frac{V}{d}</math> とすることもできる。ここで、単位を考えると、右辺は電圧を距離で割ったものであるから、電界の単位として[N/C]のほか[V/m]を用いることもできることがわかる。 電位の単位は'''ボルト'''であり、この量は既に[[中学校理科]]などで扱った[[w:電圧|電圧]]（でんあつ、voltage）の単位と'''同じ'''単位である。実際に電気回路に電圧をかけることは、回路中の電子に電場をかけて動かすことと'''等しい'''。 静電誘導によって、導体内部の電場はゼロであった。このことから、導体の表面は、電位が等しい。導体表面は互いに等電位である。 電位の基準は、実用上は、地面の電位をゼロに置くことが多い。電気回路の一部を大地につなぐことを接地（せっち）または'''アース'''（earth）という。回路をアースして、そのつないだ部分の電位をゼロと見なすことが多い。 *発展 位置エネルギーの定義 位置エネルギーは力の大きさを[[w:積分|積分]]することで定義されるが、ここでは詳しく扱わない。物理IIや[[古典力学]]、[[電磁気学]]などを参照。 *問題例 **問題 直線上で距離0, b[m]の点に、電荷q, q'を持つ物体が置いてある。この時、位置a[m](a<b)の点の電位を求めよ。 **解答 電位の式を用いればよい。電荷が複数あるときには、電位はそれぞれの電荷がつくり出す電荷の和になることに注意。答えは、 :<math>V = \frac{1}{4\pi\epsilon _0} (\frac{q}{a} + \frac{q'}{b-a})</math> となる。 <!-- 等電位面と電気力線 --> == 静電誘導と誘電分極 == ====コンデンサ==== [[Image:Field_lines_parallel_plates.svg|class=skin-invert-image|thumb|300px|]] [[中学校理科]]では。基本的な電気回路について扱った。ここで、電界、電位などの知識を用いて、新たな回路素子である[[w:コンデンサ|コンデンサ]]を導入する。 コンデンサ（capacitor）は、回路中に電荷を蓄積できる部分を与える素子である。具体的にはコンデンサの両端にある電位Vが与えられたとき、コンデンサには、電位に比例する電荷Qが蓄積される。このとき、コンデンサの蓄積能力を記号でCとおいて、 :<math>Q=CV</math> としてCを取る。Cは静電容量（せいでんようりょう、electric capacitance）と呼ばれ、単位はF([[w:ファラド|ファラド]]、farad)で与えられる。 具体的に電圧（=電位）をかけられたとき、内部に電荷を蓄えるようにするには、例えば'''導体の平面を2枚向かい合わせるようにする'''方法がある。この方法では、向かい合った平面間に一様な電場が生じるように、2枚の平面に同じ大きさで符号が逆の電荷が蓄積される。このコンデンサの静電容量Cは、 :<math>C=\epsilon_0 \frac{S}{d}</math> で与えられる。ここで、Sは導体平面の面積であり、dは導体間の距離である。 *発展 静電容量の計算 ここで与えた静電容量は、'''平面上に電荷が一様に分布する'''との仮定で導かれる。このとき、導体間に生じる電界Eは、導体が持つ電荷をQ, -Qとした時、導体間の各点で、 :<math>E=\frac{Q}{\epsilon _0 S}</math> で与えられる。電場が求められたので、ここから電位を計算できる。導体間の各点で電場の大きさが均一なので、電位の大きさは電場の大きさに2点間の距離をかけたものになる。ここで、電位Vは、 :<math>V=Ed=\frac{d}{\epsilon_0S}Q</math> となるが、この式と静電容量Cの定義を見比べると、 :<math>C=\epsilon_0\frac{S}{d}</math> が得られる。 == 電池の仕組み == 電池の化学反応については、別科目の化学Iなどで詳しく扱われる。この章では、電圧や電流の理解に関わる点を重点的に説明したい。 === イオン化傾向 === 金属元素の単体を水または水溶液に入れたときの、陽イオンのなりやすさを'''イオン化傾向'''（ionization tendency）という。 例として、亜鉛Znを希塩酸HClの水溶液に入れると、亜鉛Znは溶け、また亜鉛は電子を失ってZn²⁺になる。 :Zn + 2H⁺ → Zn²⁺ + H₂ 一方、銀Agを希塩酸に入れても反応は起こらない。 このように金属のイオン化傾向の大きさは、物質ごとに大きさが異なる。 === 電池 === 二種類の金属単体を電解質水溶液に入れると電池ができる。これは[[イオン化傾向]]（単体の金属の原子が水または水溶液中で電子を放出して陽イオンになる性質）が大きい金属が電子を放出して陽イオンとなって溶け、イオン化傾向の小さい金属が析出するためである。 イオン化傾向の大きい方の金属を'''負極'''（ふきょく）という。イオン化傾向の小さい方の金属を'''正極'''（せいきょく）という。 イオン化傾向の大きい金属のほうが、陽イオンになって溶け出す結果、金属板には電子が多く蓄積するので、両方の金属板を銅線でつなげば、イオン化傾向の大きい方から小さい方に電子は流れる。「電流」では無く、「電子」といってることに注意。電子は負電荷であるので、電流の流れと電子の流れは、逆向きになる。 === イオン化列 === さまざまな溶液や金属の組み合わせで、イオン化傾向の比較の実験を行った結果、イオン化傾向の大きさが決定された。 左から順に、イオン化傾向の大きい金属を並べると、以下のようになる。 : K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Sn > Pb > (H₂) > Cu > Hg > Ag > Pt > Au 金属を、イオン化傾向の大きさの順に並べたものを金属の'''イオン化列'''という。 水素は金属では無いが比較のため、イオン化傾列に加えられる。 金属原子は、上記の他にもあるが、高校化学では上記の金属のみのイオン化列を用いることが多い。 イオン化列の記憶のための語呂合わせとして、 「貸そうかな、まあ、あてにすな、ひどすぎる借金。」 などのような語呂合わせがある。ちなみにこの語呂合わせの場合、 「Kか そう かCa なNa、まMg あAl、あZn てFe にNi す なPb、ひH2 どCu すHg ぎAg る 借金Pt,Au。」 と対応している。 === ボルタ電池 === :希硫酸H₂SO₄の中に亜鉛板Znと銅板Cuを入れたもの。 負極（亜鉛板）での反応 :Zn → Zn²⁺ + 2e^- 正極（銅板）での反応 :2H⁺ + 2e^- → H₂↑ ==== 起電力 ==== ボルタの電池では、得られる両極間の電位差（「電圧」ともいう。）は、1.1ボルトである。(ボルトの単位はVなので、1.1Vとも書く。)この両極板の電位差を'''起電力'''という。起電力は、両電極の金属の組み合わせによって決まり物質固有である。 起電力の単位のボルトは、静電気力の電位の単位のボルトと'''同じ'''単位である。電気回路の電圧のボルトとも、起電力の単位のボルトは同じ単位である。 === 電池図 === ボルタ電池の構造を以下のような文字列に表した場合、このような表示を'''電池図'''あるいは'''電池式'''という。 :(-) Zn | H₂SO₄aq |Cu (+) aqは水のことである。H₂SO₄aqと書いて、硫酸水溶液を表している。 ;電気回路との関連事項 このような電池の現象の発見と発明によって、安定な直流電源を実験的に得られるようになり、直流電気回路の正確な実験が可能になった。電池の発明以前にも、フランス人の物理学者クーロンなどによる静電気による電気力学の研究などによって、電位差の概念や電荷の概念はあった。だが、この時代の電源は、主に静電気によるものだったので、安定電源では無かった。 そして、電池による安定な電源の発明は、同時に安定な電流の発明でもあった。このような電池の発明による直流電気回路の研究から、ドイツ人の物理学者オームが、さまざまな導体に電流を流す実験と理論研究を行うことにより、電気回路の理論の'''オームの法則'''が発見された。 ;オームの法則との関係 オームの法則（Ohm's law）とは、 「ほとんどの導体では、電流 I が流れている導体中の2点の点 <math>P_1</math>と点 <math>P_2</math> 間の電位差 <math>E = E_1 - E_2</math> は、電流 I に比例する。」 という実験法則である。 誤解されやすいが、オームの法則は、このような実験法則であって、べつに抵抗の定義式では無い。同様に、オームの法則は、べつに電圧の定義式では無いし、電流の定義式でも無い。中学校の理科での電気回路の教育では、金属の電気分解の起電力の教育まではしないので、ともすれば、電圧を誤解して、「電圧は、単なる電流の比例量で、抵抗はその比例係数」のような誤解する場合が有りうるが、その解釈は明らかに誤解である。 また、半導体などの一部の材料では、電流が増え材料の温度が上昇すると抵抗が下がる現象が知られているので、半導体ではオームの法則が成り立たない場合がある。なので、オームの法則を定義式と考えるのは不合理である。 == 電流と電気回路 == [[Image:Wheatstonebridge.svg|class=skin-invert-image|right|thumb|300px|alt=A Wheatstone bridge has four resistors forming the sides of a diamond shape. A battery is connected across one pair of opposite corners, and a galvanometer across the other pair. |電気回路の例。読者が、この図の意味が分かるようになるのが、本節の目標の一つである。ちなみに「ホイットストン・ブリッジ」（Wheatstone bridge）という回路である。<br>R1やR2、R3、Rxは抵抗。V_Gを丸で囲っている記号は電圧計。<br>A、B、C、Dは単なる回路の合流している接点。]] 導線などの導体内の電気の流れを'''電流'''（でんりゅう、electric current）という。電流の強さは'''アンペア'''という単位で表す。1アンペアの定義は次の通りである。 1秒間に1クーロン（記号C）の電流が通過することを1'''アンペア'''という。 アンペアの記号はAである。また、電流は、単位時間あたりの電荷の通過量でもあるので、電流の単位を[C/s]と書く場合もある。 一般的には、電流の単位は、なるべく[A]で表記することが多い。 電流I[A]と時間t[S]で導線断面を通過する電荷Q[C]の関係を式で表すと、 :<math>I=\frac{Q}{t}</math> である。 電流の向きの取り方については、自由電子は負電荷を持っているから、自由電子の向きとは反対向きに電流の向きをとることに注意せよ。 次に電流と自由電子の速度との関係を考える。 自由電子の電荷の絶対値をeとすると、自由電子は負電荷であるから、自由電子の電荷はマイナス符号がつき-eである。 === オームの法則 === ドイツ人の物理学者オームは次のような法則を発見した。 「ほとんどの導体では、電流 I が流れている導体中の2点の点 <math>P_1</math>と点 <math>P_2</math> 間の電位差 <math>E = E_1 - E_2</math> は、電流 I に比例する。」 この実験法則を'''オームの法則'''（Ohm's law）という。 式で表すと、電位差をVとして、電流をIとした場合に、比例係数をRとして、 :V=RI である。 ここで、電位と電流の比例係数Rを'''電気抵抗'''あるいは単に'''抵抗'''（resistance、'''レジスタンス'''）という。 電気抵抗の単位はオームと言い、記号は&Omega;で表す。 === 電気回路 === [[File:Ohm's Law with Voltage source TeX.svg|class=skin-invert-image|right|thumb|電気回路図の例。電源は交流電源。vが電圧。Rが抵抗。iは電流。]] 電気回路へエネルギーを供給する電源として定電圧の直流電源を考える。回路の2地点間にある一定の電圧を供給し続けるものである。電圧源の回路図記号としては[[File:Cell.svg|class=skin-invert-image|30px|電圧源]]が用いられる。記号の長い側が正極であり、プラスの電位である。記号の短い側は負極である。 乾電池は、直流電源として取り扱って良い。 なお、これらは直流電源である。交流の場合は一般化した電圧源として[[File:Voltage Source.svg|class=skin-invert-image|30px|交流電圧源]]の記号を用いる。また特に正弦波交流電圧源であれば[[File:Voltage Source (AC).svg|class=skin-invert-image|30px|正弦波交流電圧源]]の記号を用いる。 ==== 抵抗器 ==== [[File:3 Resistors.jpg|thumb|抵抗]] '''抵抗器'''(resistor)は、通常は単に'''抵抗'''と呼ばれる回路素子であり、与えられた電気エネルギーを単純に消費する素子である。回路図記号は[[File:Resistor symbol America.svg|class=skin-invert-image|60px|抵抗]]あるいは[[File:Resistor symbol IEC.svg|class=skin-invert-image|60px|負荷]]であるが、本書では、両者とも抵抗の回路図記号として用いることにする。（画像素材の確保の都合のため、両方の記号が本書では混在します。ご容赦ください。） {{clear}} ===== 抵抗器の図記号 ===== 日本では、抵抗器の図記号は、従来はJIS C 0301（1952年4月制定）に基づき、ギザギザの線状の図記号で図示されていたが、現在の、国際規格のIEC 60617を元に作成されたJIS C 0617（1997-1999年制定）ではギザギザ型の図記号は示されなくなり、長方形の箱状の図記号で図示することになっている。旧規格であるJIS C 0301は、新規格JIS C 0617の制定に伴って廃止されたため、旧記号で抵抗器を図示した図面は、現在ではJIS非準拠な図面になってしまう。しかし、拘束力は無いため、現在も従来の図記号が多用されている。 <gallery class="skin-invert-image"> ファイル:Resistor symbol America.svg|class=skin-invert-image|従来規格の図記号 ファイル:Resistor symbol IEC.svg|class=skin-invert-image|新規格の図記号 </gallery> ==== 電気回路図記号の例 ==== <gallery class="skin-invert-image"> ファイル:固定抵抗器.svg|class=skin-invert-image|固定抵抗器 ファイル:Variable resistor as rheostat symbol GOST.svg|class=skin-invert-image|可変抵抗器 ファイル:電池.svg|class=skin-invert-image|電池、直流電源（長い方が正極） ファイル:Voltage Source (AC).svg|class=skin-invert-image|交流電源 ファイル:SPST-Switch.svg|class=skin-invert-image|スイッチ ファイル:コンデンサ.svg|class=skin-invert-image|コンデンサ ファイル:Inductor h wikisch.svg|class=skin-invert-image|コイル ファイル:Symbole amperemetre.png|class=skin-invert-image|電流計 ファイル:Symbole voltmetre.png|class=skin-invert-image|電圧計 ファイル:Earth Ground.svg|class=skin-invert-image|接地 ファイル:Fuse.svg|class=skin-invert-image|ヒューズ </gallery> ==== 直列と並列 ==== 複数の回路素子が1つの線上に配置されているような接続を'''直列接続'''といい、複数の回路素子が二股に分かれるように配置されている接続を'''並列接続'''という。 直列接続においては、それぞれの回路素子に流れる電流は全て等しい。一方、並列接続においてはそれぞれの回路素子の両端にかかる電圧が全て等しい。 また、直列接続においてはそれぞれの回路素子にかかる電圧の和が全電圧となり、並列接続においてはそれぞれの回路素子を流れる電流の和が全電流となる。 ==== 直列での合成抵抗 ==== 抵抗が複数接続されている場合、その複数の抵抗をまとめてあたかも1つの抵抗が接続されているかのような等価的な回路を考えることができる。複数の抵抗と等価な1つの抵抗を'''合成抵抗'''という。 [[ファイル:Resistors in series.svg|class=skin-invert-image|thumb|直列抵抗]] 抵抗が''n''個直列に接続されている場合を考える。抵抗<math>R_1, R_2, \cdots, R_n</math>が直列に接続されている場合、各抵抗を流れる電流は等しく、これを''i''とする。各抵抗<math>R_k (k = 1, 2, \cdots, n)</math>にかかる電圧を<math>v_k</math>とすると、オームの法則より :<math>v_k = R_ki (k = 1, 2, \cdots, n)</math> が成り立つ。このとき直列抵抗の両端の電圧''v''は、 :<math>v = \sum_{k=1}^n v_k = \sum_{k=1}^n R_k i = i\sum_{k=1}^n R_k</math> である。これと等価な抵抗''R''が1つだけ接続されているような等価回路を考えるとき、 :<math>v = Ri</math> が成り立つから、したがってこれらの''n''個の直列抵抗の合成抵抗''R''として :<math>R = \sum_{k=1}^n R_k</math> を得る。すなわち、直列合成抵抗は各抵抗の総和となる。 ==== 並列での合成抵抗 ==== [[ファイル:Resistors in parallel.svg|class=skin-invert-image|thumb|並列抵抗]] 同様に、抵抗が''n''個並列に接続されている場合を考える。抵抗<math>R_1, R_2, \cdots, R_n</math>が並列に接続されている場合、各抵抗の両端の電圧は等しく、これを''v''とする。各抵抗<math>R_k (k = 1, 2, \cdots, n)</math>を流れる電流を<math>i_k</math>とすると、オームの法則より :<math>v = R_ki_k (k = 1, 2, \cdots, n)</math> が成り立つ。このとき並列抵抗へ流れ込む電流''i''は、 :<math>i = \sum_{k=1}^n i_k = \sum_{k=1}^n \frac{v}{R_k} = v\sum_{k=1}^n \frac{1}{R_k}</math> である。これと等価な抵抗''R''が1つだけ接続されているような等価回路を考えるとき、 :<math>v = Ri</math> が成り立つから、したがってこれらの''n''個の並列抵抗の合成抵抗''R''として :<math>\frac{1}{R} = \sum_{k=1}^n \frac{1}{R_k}</math> を得る。すなわち、並列合成抵抗の逆数は各抵抗の逆数の総和となる。 ==== 電力 ==== 抵抗Rを電流Iが流れるとき、その部分の発熱のエネルギーは、1秒あたりにRI²[J/s]である。これを'''ジュール熱'''という。名前の由来は物理学者のジュールが調べたからである。オームの法則より、V=RIでもあるので、ジュール熱はVIとも書ける。 そこで、ひとまず、熱の考察には離れて、次の量を定義する。電気回路のある2点間を流れる電流Iと、その２点間の電圧Vとの積VIを'''電力'''（power）と定義する。電力の記号はPで表わされることが多い。 電力の単位のジュール毎秒[J/s]を[W]という単位で表し、この単位Wはワット（Watt）と読む。 つまり電力は記号で :P[W]=VI である。 ==== 抵抗率 ==== 導線の太さや長さによって抵抗の大きさは変わる。直感的に太いほうが流れやすいのは分かるだろう。それに並列接続と対応させても、導線が太いほうが流れやすいのは分かるだろう。 実際に電気抵抗は、導線が太いに反比例して小さくなることが実験的に確認されている。そこで、つぎのような式においてみよう。 抵抗をR[&Omega;]とした場合、導線の太さを面積で表しA[m²]とすれば、比例定数にkを用いれば、 :R ∝ 1/A である。（ ∝は、比例関係を表す数学記号。） さらに、導線は材質や太さが同じならば、導線が長いほど抵抗が、長さに比例して抵抗が大きくなることが、確認されている。そこで、さらに、抵抗体の長さを考慮した式に表してみれば、次のようになる。抵抗帯の長さを''l''[m]とすれば :R ∝ L/A である。 さらに、導線の材質によって、抵抗の大きさは変わる。同じ長さで同じ太さの抵抗でも、材質によって抵抗の大きさは異なる。そこで、材質ごとの比例定数を&rho;とおけば、抵抗の式は以下の式で記述される。 :<math>R=\rho \frac{l}{A}</math> &rho;は'''抵抗率'''（ていこうりつ、resistivity）と呼ばれる。抵抗率の単位は[&Omega;m]である。 == 磁力 == === 磁場 === [[File:Magnetic field near pole.svg|class=skin-invert-image|thumb|right|200px|棒磁石の周りに方位磁針を置いて磁場の向きを調べる。]] 磁石のまわりには別の磁石を動かす力のもととなるものが生じている。 これを'''磁場'''（じば、magnetic field）あるいは'''磁界'''（じかい）と呼ぶ。（日本の物理学では磁場と呼ぶことが多く、また、日本の電気工学では磁界と呼ばれることが多い。明治期の訳語の際の、日本国内の業界ごとの違いに過ぎず、地域社会的な事象であり、呼び方は物理の本質とは関係ないので、ここでは、どちらの表現を用いるかは、本書では特にこだわらない。英語では物理学・電気工学とも“magnetic field”で共通している。） 鉄やコバルトやニッケルに磁石を近づけると、磁石に吸い付けられる。 また、鉄やコバルトやニッケルに強い磁化を与えると、鉄やコバルトやニッケルそのものが磁場を周囲に及ぼすようになる。 このような、もともとは磁場を持たなかった物体が、強い磁場を受けたことによって磁場を及ぼすようになる現象を'''磁化'''（じか、magnetization）という。 あるいは電荷の静電誘導と対応させて、磁化のことを'''磁気誘導'''（じきゆうどう、magnetic induction）ともいう。 そして、鉄やコバルトやニッケルのように、磁石に引き付けられ、さらに磁化をする能力がある物体を'''強磁性体'''（きょうじせいたい、ferromagnet）という。 鉄とコバルトとニッケルは強磁性体である。 銅は磁化しないし、銅は磁石に引きつけられないので、銅は強磁性体ではない。 ;磁気遮蔽 静電誘導を利用した、静電遮蔽（せいでんしゃへい）と言われる、中空の導体をつかって物質を囲むことで外部電場を遮蔽する方法があったのと同様の、磁気の遮蔽が、強磁性体でも出来る。中空の強磁性体を用いて、強磁性体の内部は磁場を遮蔽できる。これを'''磁気遮蔽'''（じきしゃへい、magnetic shielding）という。磁気シールドともいう。 ==== 磁力線 ==== 磁場の向きが分かるように図示しよう。磁石の作る磁場の方向は、砂に含まれる砂鉄の粉末を磁石に、ちりばめて、ふりかけることで観察できる。 [[File:Magnet0873.png|class=skin-invert-image|left|300px|砂鉄による磁力線の観察]] {{clear}} これを図示すると、下図のようになる。（画像素材の確保の都合上、写真と図示とでは、N極とS極が逆になっています。ご容赦ください。） [[File:VFPt cylindrical magnet.svg|class=skin-invert-image|thumb|left|300px|磁力線の図示]] このような磁場の図を'''磁力線'''（じりょくせん、magnetic line of force）という。磁力線の向きは、磁石のN極から磁力線が出て、S極に磁力線が吸収されると定義される。棒磁石では、磁力の発生源となる場所が、棒磁石の両端の先端付近に集中する。そこで、棒磁石の両端の先端付近を'''磁極'''（じきょく、magnetic pole）という。 このような磁石のつくる磁力線の形は、電気力線での、異符号の電荷どうしがつくる電気力線に似ている。 [[File:VFPt dipole electric manylines.svg|class=skin-invert-image|thumb|center|200px|異符号の電荷どうしの場合の電気力線]] 1つの棒磁石ではN極（north pole）の磁気の強さと、S極（south pole）の磁気の強さは等しい。また、磁石には、必ずN極とS極とが存在する。N極とS極の、どちらか片方だけを取り出すことは出来ない。たとえ棒磁石を切断しても、切断面に磁極が出現する。このような現象のおこる理由は、そもそも棒磁石を構成する強磁性体の原子の1個ずつが小さな磁石であり、それら小さな原子の磁石が、いくつも整列して、大きな棒磁石になっているからである。 仮想的に、磁極がS極またはN極の片方だけ現れた現象を理論計算のために考えることがあるが、このような片側だけの磁極を'''単磁極'''（'''モノポール'''という。）というが、'''単磁極は実在しない'''。 {{clear}} 棒磁石などからの、片側の磁極あたりの、磁極からの磁場の強さのことを、そのまま「磁極の強さ」（Magnetic charge）と呼ぶ。あるいは'''磁荷'''（じか、magnetization）や'''磁気量'''という。 これから、この磁化と磁場の関係を式で表すことを考える。 まず、棒磁石には磁極が両側に2個あるので、計算を簡単にするために、棒磁石の両端の距離が大きく、反対側の磁極の大きさを無視できる磁石を考えよう。 このような磁石を用いて、実験したところ、次の法則が分かった。磁力の強さは2個の物体の磁気量m₁およびm₂に比例し、2個の物体間の距離rの2乗に反比例する。 式で表すと、 :<math>f = k_m \frac{q_1 q_2}{r^2}</math> で表される。（k_mは比例定数） これを発見者のクーロンの名にちなんで、'''磁気に関するクーロンの法則'''という。磁気量mの単位は'''ウェーバ'''といい、記号は[Wb]で表す。 比例定数k_mと1ウェーバの大きさとの関係は、1メートル離れた1wbどうしの磁極にはたらく力を約6.33×10⁴として、 比例係数k_mは、 :k_m≒6.33×10⁴　[N・m²/Wb²] である。 つまり、 :<math>f = k_m \frac{m_1 m_2}{r^2} = 6.33\times10^4 \frac {m_1 m_2}{r^2}</math> である。 ==== 磁場の式 ==== 静電気力に対して、電場が定義されたように、磁気力に対しても、場が定義されると都合が良い。磁気量m₁[Wb]が作る、次の量を'''磁場の強さ'''あるいは'''磁場の大きさ'''と言い、記号はHで表す。 :<math>H = k_m \frac{m_1}{r^2} = 6.33\times10^4 \frac {m_1}{r^2}</math> 磁場の強さHの単位は[N/Wb]である。Hを用いると、磁気量m₂[Wb]にはたらく磁気力f[N]は、 :<math>f = m_2H</math> と表せる。 == 電流がつくる磁場 == ===アンペールの法則=== [[Image:Electromagnetism.svg|class=skin-invert-image|thumb|right|電流の方向と磁束密度の方向の関係.<br>磁束の向きは、右ねじの法則の向きである。.]] 物理学者のエルステッドは、電流の実験をしている際に、たまたま近くにおいてあった方位磁石が動くのを確認した。彼が詳しく調べた結果、以下のことが分かった。 電流が流れているときには、そのまわりには、磁場が生じる。向きは、電流の方向に右ねじが進むように、右ねじを回す向きと同じなので、これを'''右ねじの法則'''という。 アンペールが、磁場の大きさを調べた結果、磁場の大きさHは、電流I[A]が直線的に流れているとき、直線電流の周りの磁場の大きさは、導線からの距離をa[m]とすると、磁場の大きさH[N/Wb]は、 :<math>H=\frac{1}{2\pi a}I</math> であることが知られている。 これを'''アンペールの法則'''(Ampere's law) という。 磁場の大きさHの単位は、[N/Wb]であるが、いっぽうアンペールの法則の式をみればアンペア毎メートル[A/m]でもある。 ;電磁石 [[File:Simple electromagnet2.gif|thumb|電磁石の例.]] [[画像:VFPt Solenoid correct.svg|class=skin-invert-image|thumb|right|電磁石コイルにより発生した磁界（断面図）]] 導線をコイル状に巻けば、アンペールの法則で導線の周囲に発生する磁場が重なりあう。このようにした磁場を強めたコイルを'''電磁石'''（でんじしゃく、electromagnet）という。導線に電流を流しているときにのみ、電磁石は磁場を発生する。導線に電流を流すのを止めると、電磁石の磁場は消える。 === 磁束密度 === 磁場の大きさHに、次の節で扱うローレンツ力の現象のため、比例係数&mu;（単位はニュートン毎アンペアで[N/A²]）を掛けて、記号Bで表し、 :B=&mu;H とすることがある。この量Bを'''磁束密度'''（magnetic flux density）という。磁場の大きさHの向きと磁束密度Bの向きは'''同じ向き'''である。 また、磁場の大きさHと磁束密度Bの比例係数を'''透磁率'''（とうじりつ、magnetic permeability）という。 （ローレンツ力に関しては、詳しくは物理IIで扱う。読者が物理IBを学ぶ学年ならば、読者は「ローレンツ力という力があるのだな・・・」とでも思っておけばいい。） == ローレンツ力 == [[File:Lorentzkraft-graphic-part1.PNG|thumb|ローレンツ力の向き。電荷で考えた場合。<br>速度vから磁束密度Bに右ねじを回した向きがローレンツ力Fの向き。]] [[File:Lorentzkraft-graphic-part2.PNG|thumb|ローレンツ力の向き。<br>電流Iから磁束密度Bに右ねじを回した向きがローレンツ力Fの向き。]] まず、導線を用意したとしよう。この導線は、静止しているとして、静止しているが、固定はせずに、もし導線に力が加われば、導線が動けるようにしてるとしよう。 この導線に電流を流しただけでは、べつに導線は動かない。しかし、この導線に、外部の磁石による磁場が加わると、導線が動く。このような、磁場と電流の相互作用によって、導線に生じる力を'''ローレンツ力'''（ローレンツりょく、英: Lorentz force）という。 ローレンツ力の向きは、導線の電流の向きと磁場の向きに垂直である。電流Iの向きから磁束密度Bの向きに右ねじを回す向きと同じである。 また、ローレンツ力の大きさは、導線の長さ''l''と、磁場の導線との垂直方向成分に比例する。 ローレンツ力の大きさF[N]を式で表せば、電流と磁場とが垂直だとして、磁場を受けている導線の形状が直線形だとして、電流をI[A]として、導線の長さを''l''[m]として、導線にかかっている外部磁場の磁束密度をB[N/(A・m)]とすれば、 :<math>F=IBl</math> で表せる。 ローレンツ力の公式に、クーロンの法則などでは見られたような比例係数（係数Kなど。）が含まれないのは、そもそも、このローレンツ力の現象を元に、磁気量ウェーバWbの単位および磁束密度Bの単位が、決定されているからである。 また、「磁束密度」の名称が、「磁束」・「密度」というのは、実は磁束密度の単位の[N/(A・m)]は、単位を式変形すると[Wb/m²]でもあることが由来である。この単位[Wb/m²]を、電気工学者のテスラの名にちなみ、単位[Wb/m²] を'''テスラ'''と言い、記号Tで表す。 :[T]=[Wb/m²] このローレンツ力の現象が、電気機器のモータ（電動機）の原理である。 ;フレミングの法則は電磁気計算では用いない なお、「フレミングの法則」というローレンツ力に関する法則があるが、ローレンツ力の計算には実用的では無いし、フレミングの名を関した異なる法則が幾つもあって紛らわしく間違いの原因になりやすいので、本書では教えない。 実際に、専門的な物理計算では、フレミングの法則は、計算には用いない。 しかも、フレミングの法則には「フレミングの右手の法則」と、これとは異なる「フレミングの左手の法則」があり、どちらが、どの磁気の現象に用いる法則だったのかを間違えやすい。だから、本書では教えない。 {{clear}} ==電磁誘導== （電磁誘導に関しては、詳しくは物理IIで扱う。） アンペールの法則では、電流の周りに磁場ができるのであった。 :では逆に、磁場を用いて電流を起こすような現象はあるだろうか？ 実は、磁石を動かすなどして、磁場を伴う物体が運動すると、そのまわりには電場が生じる。 仮に、コイルの近くでそれを行なったとすると、生じた電場によってコイルの中には電流が流れる。 生じる電場の大きさは、 :<math>\vec E = \frac 1 {2\pi a} \frac {\Delta \vec B}{\Delta t}</math> となる。(半径aの円形のコイルの場合。) Eの単位は[V/m]であり、Bの単位は[T]である。 この現象を'''電磁誘導'''（でんじゆうどう、electromagnetic induction）といい、電磁誘導によって発生した電流を'''誘導電流'''という。 また、誘導電流の向きは、磁石の動きによる、コイルの中を通る磁束の変化を妨げる向きに、電流が流れる。（誘導電流もアンペールの法則に従い、周囲に磁場を作る。） この誘導電流が、コイルの中を通る磁束の変化を妨げる向きに誘導電流が流れる現象を'''レンツの法則'''（Lenz's law）という。 同じ領域に''N''回巻かれたコイルが置かれた場合、ファラデーの電磁誘導の法則は、次のようになる。 : <math>\mathcal{E} = - N{{d\Phi_B} \over dt}</math> ここで、<math>\mathcal{E}</math>は起電力（ボルト 、記号はV）、&Phi;_B は磁束（ウェーバ、記号はWb）とする。''N''は電線の巻数とする。 この電磁誘導の現象が、火力発電や水力発電などの発電機の原理である。これ等の発電では、永久磁石を回転させることで、発電をしている。火力や水力というのは、機器の回転を得る手段にすぎない。また、発電所の発電には、永久磁石の回転を利用しているため、発生する電圧や電流は周期的な波形になり、次に説明する交流波形になる。 == 交流回路 == [[File:Waveforms.svg|class=skin-invert-image|thumb|400px|交流波形の例。<br />上から順に、<br />正弦波、<br />方形波、<br />三角波、<br />のこぎり波。]] 回路への入力電圧が周期的に時間変化する回路の電圧および電流を'''交流'''（alternating current）という。これに対し、乾電池などによって発生する電圧や電流のように、時間によらず一定な電圧や電流は'''直流'''（direct Current）という。 交流波形が何秒で1周するかという時間を'''周期'''(wave period)という。周期の記号は<math>T</math>で表し単位は秒[s]である。 :<math>f = \frac{1}{T}</math> 1秒間に波形が何周するかという回数を'''周波数'''あるいは'''振動数'''(英語は、ともにfrequency)という。 電気の業界では周波数という用語を用いることが多い。物理の波の理論では振動数という表現を用いることが多い。 周波数の単位は[1/s]であるが、これを'''ヘルツ'''（hertz）という単位で表し、単位記号'''Hz'''を用いて周波数fを、f[Hz]というふうに表す。 交流電流や交流電圧が正弦波の場合は、これらのパラメータを用いて :<math>i(t) = I_0\sin(2\pi ft + \theta_i) = I_0\sin\left(\frac{2\pi}{T}t + \theta_i\right)</math> :<math>v(t) = V_0\sin(2\pi ft + \theta_v) = V_0\sin\left(\frac{2\pi}{T}t + \theta_v\right)</math> と書くことができる。 sinとは三角関数である。知らなければ数学IIなどを参考にせよ。 このときのsinの係数<math>I_0</math>や<math>V_0</math>を'''振幅'''(しんぷく、amplitude)といい、また時刻''t''=0における電流や電圧の値を示し、時間波形を決定する<math>\theta_i</math>や<math>\theta_v</math>を'''初期位相'''という。 普通科高校の高校物理では、交流波形の計算には、正弦波の場合を主に扱う。方形波や三角波の計算は、普通は扱われない。 ただし、工業高校の授業や、工場の実務では扱うことがあるので、読者は波形を学んでおくこと。 発電所から一般家庭に送られてくる電圧は交流電圧である。東日本では50Hzであり、西日本では60Hzである。これは明治時代の発電機の輸入時に、東日本の事業者はヨーロッパから50Hz用の発電機を輸入し、西日本の事業者はアメリカから60Hzの発電機を輸入したことによる。 発電所から一般の家庭などに送られる電流の周波数を'''商用周波数'''という。 商用電源の電圧振幅は約140Vである。これは<math>100\times\sqrt{2}</math>[V]である。 キロヘルツとは1000Hzのことである。キロヘルツはkHzと書く。 ;コイルの自己誘導 交流電流に対しては、電流と同じ振動数で、アンペールの法則で発生する磁場も振動する。 導線でつくられたコイルは、直流電流では、ただの導線としてはたらく。しかし、交流電流に対しては、電磁誘導により自己の発生させた磁場を妨げるような電流および起電力が発生する。これを'''自己誘導'''（self induction）という。 自己誘導による起電力の大きさは、電流の時間変化率に比例する。自己誘導の起電力を式で書けば、比例係数をLとして、 :<math>e=-L\frac{\Delta I}{\Delta t}</math> である。 この比例係数<math>L</math>を'''自己インダクタンス'''（self inductance）という。自己インダクタンスの次元は[V・S/m]だが、これを'''ヘンリー'''という単位で表し、単位にHという記号を用いる。 ;相互誘導 [[ファイル:Transformer Flux.svg|class=skin-invert-image|thumb|相互誘導を利用した変圧器（transformer）]] 鉄心に二つのコイルを巻き、コイルの片方の電流を変化させると、アンペールの法則によって生じていた磁束も変化するから、反対側のコイルには、この磁束密度の変化を打ち消すような向きに起電力が発生する。この現象を'''相互誘導'''（mutual induction）と言う。 電圧を入力させた側のコイルを'''1次コイル'''（primaly coil）と言い、誘導起電力を発生させる側のコイルを'''2次コイル'''（secondary coil）という。 相互誘導による起電力の大きさは、電流の時間変化率に比例する。相互誘導の起電力を式で書けば、比例係数をMとして、（相互誘導の比例係数はLでは無い。）式は、 :<math>e=-M\frac{\Delta I}{\Delta t}</math> である。 この比例係数<math>M</math>を'''相互インダクタンス'''（self inductance）という。相互インダクタンスの次元は、自己インダクタンスの単位と同じで'''ヘンリー'''（H）である。 この相互インダクタンスの大きさは、両方のコイルの巻き数どうしの積に比例する。 ==電磁波== [[File:Onde electromagnetique.svg|class=skin-invert-image|thumb|400px|電磁波の概略図。電場と磁場とは直交している。]] 磁場の動きによって電場が引き起こされることを電磁誘導のセクションで見た。 実際には電場の変化によって磁場が引き起こされることも知られている。 これによって何もない空間中を電場と磁場が伝播していくことが予想される。 電磁波の速度を物理学者のマクスウェルが計算で求めたところ、電磁波の速度は、真空中では常に一定で、かつ波の速度cを計算で求めたところ、 :c=3.0×10⁸ となり、既に知られていた光速に一致した。 このことから、光は電磁波の一種であることが分かった。物理IIで、電磁波の速度を求める計算は、詳しくは扱う。 読者が光速の測定実験について調べるなら、物理IBの波動に関するページなどでフィゾーの実験について、参照のこと。 波は波長λが長いほど、振動数fが小さくなる。波の波長λと振動数fの積fλは一定で、これは波の速度vに等しい。つまり :v=fλ である。 電磁波の場合は、速度が光速のcなので :c=fλ である。 === 電磁波の分類 === * 電波 放送用のテレビやラジオの電波（でんぱ、radio wave）は、電磁波（electromagnetic wave）の一種である。波長が0.1mm以上の電磁波が電波に分類される。なお、電波のうち、波長が1mm～1cmのミリメートルの電波をミリ波という。同様に、波長が1cm～10cmの電波をセンチ波という。波長10cm～100cm(=1m)の電波はUHFと言われ、テレビ放送などに使われるUHF放送は、この電波である。波長1m～10mの電波はVHFと言われる。テレビ放送のVHF放送は、この電波である。 * 赤外線 波長が0.1mm以下で、可視光線（可視光の最大波長は780ナノメートル程度）よりかは波長が長い電磁波は赤外線（せきがいせん、infrared rays、インフラレード レイズ）という。「赤」の「外」という理由は、可視光の最大波長の色が赤色だからである。赤外線そのものには色はついていない。市販の赤外線ヒーターなどが赤色に発光する製品があるのは、使用者が動作確認をできるようにするために、製品に赤色のランプを併置しているからである。赤外線は、物体に吸収されやすく、吸収の際、熱を発生するので、ヒーターなどに応用される。なお、太陽光にも赤外線は含まれる。 :発見の経緯 そもそも赤外線が発見された経緯は、イギリスの天文学者のハーシェルが太陽光をプリズムで分光した際に、赤色の光線のとなりの、目には色が見えない部分が温度上昇していることが発見されたという経緯がある。 * 可視光線 [[Image:Linear visible spectrum.svg]] {| class="wikitable" style="float:right; text-align:right; margin:0px 0px 7px 7px; background:light-dark(white,black);color: light-dark(black,white);" |- |色 |波長 |エネルギー |- | style="background-color:#CEB0F4; text-align:center;" |紫 |380-450 nm |2.755-3.26 eV |- | style="background-color:#B0CCF4; text-align:center;" |青 |450-495 nm |2.50-2.755 eV |- | style="background-color:#B4F4B0; text-align:center;" |緑 |495-570 nm |2.175-2.50 eV |- | style="background-color:#F4F4B0; text-align:center;" |黄色 |570-590 nm |2.10-2.175 eV |- | style="background-color:#F4DDB0; text-align:center;" |橙色 |590-620 nm |1.99-2.10 eV |- | style="background-color:#F4B0B0; text-align:center;" |赤 |620-750 nm |1.65-1.99 eV |} 我々、人間の目に見える可視光線（かしこうせん、visible light）の波長は、約780ナノメートルから約380ナノメートルの程度である。可視光の中で波長が最も長い領域の色は赤色である。可視光の中で波長が最も短い領域の色は紫色である。 光そのものには、色はついていない。我々、人間の脳が、目に入った可視光を、色として感じるのである。 太陽光をプリズムなどで分光（ぶんこう）すると、波長ごとに軌跡（きせき）がわかれる。この分光した光線は、他の波長を含まず、ただ一種の波長なので、このような光線および光を'''単色光'''（monochromatic light）という。 また、白色は単色光ではない。'''白色光'''(white light)とは、全ての色の光が混ざった状態である。 同様に、黒色という単色光もない。黒色とは、可視光が無い状態である。 {{clear}} * 紫外線 紫外線（しがいせん、ultraviolet rays）は化学反応に影響を与える作用が強い。殺菌消毒などに応用される。太陽光にも紫外線は含まれる。人間の肌の日焼けの原因は、紫外線がメラニン色素を酸化させるからである。 :発見の経緯 赤外線は太陽光のプリズムによる分光で発見された。 「では、分光された紫色の光線のとなりにも、なにか目には見えない線があるのでは？」というふうなことが学者たちによって考えられ、 ドイツの物理学者リッターにより化学的な実験方法を用いて、紫外線の存在も実証された。 * X線およびガンマ線 医療用のレントゲンなどの透過写真で用いられるX線（X-ray）も電磁波の一種である。生物の細胞を分子レベルで傷つけ、発がん性が有る。 ガンマ線（gamma‐ray、γ ray）も同様に、透過写真にも応用されるが、生物の細胞を分子レベルで傷つけ、発がん性が有る。 {{clear}} ---- ===電気に関する探求活動=== ?? {{stub|高}} [[カテゴリ:高校理科]] q0fc0znm570afgxhadq07aw371hptkw 0 48934 305098 305015 2026-10-22T23:28:33Z Kwawe 68789 /* 新しい世界を目指して */２０１５年、選挙権年齢を満２０歳以上から満１８歳以上に引き下げた（改正公職選挙法）。 305098 wikitext text/x-wiki [[小学校・中学校・高等学校の学習]]>[[高等学校の学習]]>[[高等学校地理歴史]]>[[高等学校日本史探究]]>新たな世紀の日本へⅣ 本節は国民生活文化史などについて詳しく記します。 == 新しい世界を目指して == ※当項目は時事的な要素が強いため毎年見直し更新があります。 ２０世紀後期から２１世紀初期にかけて、日本社会は大きく変わりました。ＮＰＯ（民間非営利組織）法人が増え、会社・役所だけでなく、市民も社会活動へ参加出来るようになりました。一方、少子高齢化と人口減少・家族の変化・働き方の変化・外国人の増加・情報通信技術の拡大・環境問題・エネルギー問題・自然災害・収入の差・生活の差・差別・海外の戦争・近隣諸国の対立などが日本の暮らしにかかわるようになりました。 冷戦終結後、軍隊用のインターネットが一般用に代わって、企業・家庭で一気に広がりました。また、半導体技術向上と通信機器の高性能化から情報通信環境を大きく変えました。１９９０年代、パーソナルコンピュータが一般家庭へ広がりました。パーソナルコンピュータ世帯普及率は１９９６年に２０％、２００６年に８０％を超えました。インターネットの世帯利用率も２００２年に８０％を超えました。このように一般家庭へパーソナルコンピュータとインターネットが入ると、わざわざ図書館に行かなくても家庭内で必要な情報を探したり、遠くの相手とすぐに情報をやり取りしたり出来るようになりました。 大半の国民が携帯電話も同時期に持つようになりました。１９８７年、一般向け携帯電話が店に並び始めました。１９９０年代末以降、インターネットを携帯電話でも使えるようになり、若者を中心にインターネット利用者が増えました。２０００年、携帯電話契約数が固定電話契約数を上回りました。高速・大容量通信の整備が２０００年代に整えられ、文字・音楽・映像をインターネットで楽しめるようになりました。テレビでもデジタル化が進み、地上デジタルテレビ放送が始まりました。２０１１年、東日本大震災の一部被災地域を除いて、地上テレビ放送がアナログ放送からデジタル放送へ切り替わりました。 ２０００年代後半以降、スマートフォンは若者を中心に急速に広まり、２０１０年代から日常生活に欠かせない道具の１つになりました。スマートフォン１台で通話・通信・音楽・写真・動画・ゲームなどを出来るようになり、国民の日常生活が大きく変わりました。一方、新聞購読者を減らしました。情報発信の仕組みも新聞社・出版社・放送局などから国民のスマートフォンに変わり、文章・写真・映像をインターネット上に出して同じように届けられるようになりました。 コンピュータが１９９９年から２０００年へ正しく切り替わらないまま、人間の暮らしを止めてしまうかもしれないと心配されました。そのため、世界各地でコンピュータのプログラムを点検して、必要な修正を進めました。その結果、２０００年を迎えても、大規模な障害は発生しないまま終わりました。 ＳＮＳ（ソーシャルネットワークサービス）は対人関係と会話の仕方を大きく変えました。ブログ・ツイッター・フェイスブック・ラインの拡大から新聞社・テレビ局などを通さなくても政治問題と社会問題について自分の意見を書いたり、類似思想者・類似共感者と繋がったり、社会活動の参加を呼びかけたり出来るようになりました。２０２３年、ツイッターは名前をＸへ変えました。２０１７年以降、性暴力被害者・セクシャルハラスメント被害者の「＃ＭｅＴｏｏ」運動が各地へ広がりました。類似被害者がお互いの投稿を知って性暴力被害・セクシャルハラスメント被害を同じように訴えました。しかし、誹謗中傷・偽情報・誤情報・個人情報流出・著作権・情報利用の格差なども問題になりました。２０２２年、侮辱罪の法定刑が重くなり、発信者情報の開示制度も整いました。２０２５年、情報流通プラットフォーム対処法が始まり、権利侵害情報への対応と運用の透明化も求められました。 人間が細かく文章・画像を最初から作らなくても、コンピュータへ指示をしたら文章・画像・映像などを勝手に作ってくれます（生成ＡＩ）。この生成ＡＩは２０２０年代から瞬く間に広がり、各分野［労働・教育・行政など］で使われるようになりました。しかし、生成文章と生成画像の著作権・情報の信頼性・人間の創作活動との関係が新たな問題になりました。そのため、ＡＩ生成情報をそのまま鵜吞みにしないで他の一次資料と比べて本当に正しいのかを判断出来るかもこれまで以上に大切になりました。２０２５年、人工知能関連技術の研究開発及び活用の推進に関する法律（ＡＩ法）が成立しました。政府はＡＩの研究や利用を進めつつ偽情報の拡大問題・著作権問題にも対応しました。また、生成ＡＩを取り入れて行政の仕事を進めやすくしようとしました。 ２０２０年の新型コロナウイルス感染症拡大から人間は新型コロナウイルスに感染しないように、人間同士の距離を約２ｍ開けました（ソーシャルディスタンス）。学校側は分散登校を進め、教室でも席を離しました。また、緊急事態宣言で生徒が学校へ行けなくても、オンライン形式で先生の授業を行いました。会社でもテレワーク・オンライン会議が広がりました。文化・芸術分野でも映像配信が使われるようになりました。２０２３年、新型コロナウイルス感染症の感染症法上の扱いが５類感染症へ下げられ、人間生活も少しずつ以前のように戻りました。なお、現在もオンライン授業・オンライン会議の一部は使われ続けています。グローバル化は新しい感染症をどうしても短期間で海外に広げてしまいます。 情報通信環境と国際関係の変化から海外文化［テレビ番組・ファッション・食文化など］を日本で楽しめたり、国内文化［テレビ番組・ゲーム・アニメ・漫画・ファッション・食文化など］を海外でも楽しめたり出来るようになりました。国内文化は海外で広く受け入れられるようになりました。日本政府と韓国政府が１９９８年に日韓共同宣言を結ぶと、日本文化の韓国国内公開制限を少しずつ解除しました。一方、日本でも東アジア地域の音楽・ドラマ・ファッションが流行しました。歴史問題と外交問題を背景に両国間対立していても、一般国民は他国の音楽・映像作品・食文化などに親しみました。さらに日本の漫画・アニメーション・ゲームなどはインターネットの普及と動画配信サービスの拡大とも深く結びついており、作品の販売・配信などを通じて日本産業とも深く結びつくようになりました。 日本人の海外活動だけでなく、出入国管理法改正・インバウンドの増加から訪日外国人も増えました。その結果、海外の生活文化が地域社会へ入りやすくなりました。身近な国際交流は食文化と祭りから広がりました。東アジア諸国の文化交流も進み、２０２５年の大阪・関西万博は文化のボーダーレス化を進めました。国民は文化の引継ぎ・伝承を考えながら、新しい文化を作らなければなりません。 科学研究でも日本人研究者の国際的な活躍が続きました。１９９９年以前の日本人のノーベル賞受賞者は８名でした。２０００年以後の日本人のノーベル賞受賞者は２１名になりました。このうち２名はノーベル賞受賞当時にアメリカ国籍を持っていました。２０２５年、坂口志文［ノーベル生理学・医学賞］と北川進［ノーベル化学賞］がもらいました。ただし、日本経済の低迷・財政悪化から大学の研究費はあまり貰えなくなり、研究者も任期付きの研究職・特任研究員として働いていました。 関東地方の人口集中は２１世紀初頭でも続きました。しかし２００８年の１億２８０８万人を頂点に日本全体の人口は減り始めました。２００９年以後も人口減少が続きました。２０２５年の人口は１億２２９８人でした。政府の予想人口推計は２０５６年に１億人を下回り、２０７０年に８７００万人になります。６５歳以上の人口割合予想推計も２０２５年の２９．４％から２０７０年に３８．７％に増えます。 少子高齢化は家族・地域社会・経済・社会保障にも響きました。労働人口の減少から経済成長も妨げられ、税収・保険料まで減ってしまいます。その結果、社会保障制度の負担が少しずつ大きくなりました。継続的な大都市の人口集中から地方の人口が少なくなり、限界集落も増えました。１９９９年以後、市町村合併が進められ、約３２００の市町村数から２０１０年に約１７００の市町村数へ減りました。地域社会の維持は住民同士の協力だけでなく、行政の支援・民間団体の支援まで求められました。 政府は'''高齢化'''対策としてまず介護保険法〔１９９７年〕を導入して、次に公的介護保険制度〔２０００年〕を導入しました。また７５歳以上対象の後期高齢者医療制度も整えて、長期的な年金制度改革も進められました。人口減少と少子高齢化の進行から社会保障の見直しと公共サービス全体の見直しも必要になりました。 '''少子化'''も進みました。合計特殊出生率は４．５４〔１９４７年〕から１．１４〔２０２５年〕へ下がりました。出生率（人口１０００人あたりの出生数）も１７〜１９人〈高度経済成長期〉から１０人〔１９９１年〕を下回りました。生涯未婚率も上がりました。その理由として子育て費用・育児施設不足・育児制度不足・晩婚化・非婚化などが挙げられます。そのため、政府は育児休業制度・保育サービスの充実を進めました。 少子化は教育にも響きました。学校の統廃合が進んでも小学校受験生・中学校受験生を増やしました。２０１０年の中学入試のように受験年齢の低下も進みました。親が子供の教育に力を入れるようになりました。 家族の組み合わせも変わりました。性別役割分担の変化・未婚者の増加から単身世帯が増えました。政府はＬＧＢＴの戸籍問題・婚姻問題・夫婦別姓問題も話し合いました。なおＬＧＢＴは性的指向者・性自認をいい、女性同性愛者のレズビアン（Ｌ）、男性同性愛者のゲイ（Ｇ）、両性愛者のバイセクシャル（Ｂ）、性別不適合者のトランスジェンダー（Ｔ）の頭文字を組み合わせています。 １９７９年、国際連合総会は「女子に対するあらゆる形態の差別の撤廃に関する条約（女子差別撤廃条約）」を採用して、日本側も数年後に当条約を受け入れました。１９８５年、国会は男女雇用機会均等法を定めてから学校の家庭科教育も男女一緒に学べるようになりました。その後、政府は男女共同参画社会基本法〔１９９９年〕と女性活躍推進法〔２０１５年〕を定めました。 女性の働き方も広がりました。２０２５年、１５〜６４歳の女性の就業率は７５．３％になり、女性労働者も増えました。結婚しても出産しても働く女性の増加から年齢別労働力率のＭ字カーブはほぼ消えました。一方、女性の正規雇用比率は年齢とともに下がっています。現在も男女間の賃金格差と女性管理職の少なさは続いています。２０２６年、常時雇用労働者１０１人以上の企業は男女間の賃金格差を発表しなければならなくなりました。 ２０１５年、東京都渋谷区は同性カップルへパートナーシップ証明制度を始め、各自治体にも広がりました。２０２３年、国会はＬＧＢＴ理解増進法もまとめました。地方裁判所は同性同士の結婚を認めない日本国憲法条文を憲法違反と伝えました。政府・自治体は同性婚・家族についてずっと話し合いました。 若者の政治参加制度も変わりました。２０１５年、選挙権年齢を満２０歳以上から満１８歳以上に引き下げました（改正公職選挙法）。２０１６年の参議院議員通常選挙から改正公職選挙法に従って投票できるようになりました。２０１５年、文部科学省は高校生の政治活動を一部解禁しました。２０１８年の民法改正から成年年齢を２０歳から１８歳に引き下げました。２０２２年から１８歳で成人になりました。２０２３年以降、大人側の意見よりも子供・若者の意見を聞いてからこども施策を決めるようになりました（こども基本法）。 [[ファイル:Sustainable_Development_Goals.png|サムネイル|306x306ピクセル|１７の持続可能な開発目標の一覧]] ２０１５年、持続可能な社会を目指す国際的な取り組みとして「持続可能な開発のための２０３０アジェンダ」が国際連合総会の全参加国賛成で決まりました。このアジェンダから<span style="color:#f29100">'''持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）'''</span>が決まり、１７の目標［貧困・教育・環境・経済など］と１６９のターゲットも示されました。このうち、合い言葉「誰一人取り残さない」から貧困・不平等の解消・平和と公正の実現に取り組みました。しかし、紛争・気候変動・経済格差などから目標達成は遅れています。 ２０１６年、政府はＳＤＧｓ推進本部をつくりました。政府、自治体、企業などが環境を守りながら地域経済・地域社会の向上にも繋げました。２０２３年、ＳＤＧｓ実施指針が改定されました。２０２６年度も地方創生・ジェンダー平等・気候変動対策・科学技術などが重点分野になりました。 == 平成時代・令和時代の文化史・科学史 == ※当項目は時事的な要素が強いため毎年見直し更新があります。 == 資料出所 == * 平雅行、横田冬彦ほか編著『日本史探究』実教出版株式会社　2023年 * 佐藤信、五味文彦ほか編著『詳説日本史探究』株式会社山川出版社　2023年 * 高埜利彦、高村直助ほか編著『日本史Ａ　改訂版』株式会社山川出版社　2016年 * 渡邊晃宏ほか編著『日本史探究』東京書籍株式会社 2023年 * 伊藤純郎ほか編著『高等学校日本史探究』株式会社清水書院　2023年 * 大橋幸泰ほか編著『高等学校日本史探究』株式会社第一学習社　2023年 * 山中裕典著'''『'''改訂版 大学入学共通テスト 歴史総合、日本史探究の点数が面白いほどとれる本'''』'''株式会社KADOKAWA　2024年 * 佐藤信、五味文彦ほか編著『詳説日本史研究』株式会社山川出版社　2017年 * 河合敦著『世界一わかりやすい河合敦の日本史Ｂ［近・現代］の特別講座』株式会社KADOKAWA　2014年（絶版本） * 全国歴史教育研究協議会編『［新課程版］日本史用語集』株式会社山川出版社　2023年 * 外園豊基編集代表『最新日本史図表』株式会社第一学習社　2026年 * 東京法令出版編著『歴史資料館　日本史のライブラリー』東京法令出版株式会社　2026年 * 各種新聞等資料・各種政府公式白書 [[カテゴリ:高等学校日本史探究]] [[カテゴリ:21世紀]] b3neyvvevjch3kcs2jq55hui7whazlc 305099 305098 2026-10-22T23:29:17Z Kwawe 68789 /* 新しい世界を目指して */ ２０１７年、民法の債権分野［消滅時効・保証・債権譲渡・定型約款など］を約１２０年ぶりに大修正して２０２０年から使い始めた。 305099 wikitext text/x-wiki [[小学校・中学校・高等学校の学習]]>[[高等学校の学習]]>[[高等学校地理歴史]]>[[高等学校日本史探究]]>新たな世紀の日本へⅣ 本節は国民生活文化史などについて詳しく記します。 == 新しい世界を目指して == ※当項目は時事的な要素が強いため毎年見直し更新があります。 ２０世紀後期から２１世紀初期にかけて、日本社会は大きく変わりました。ＮＰＯ（民間非営利組織）法人が増え、会社・役所だけでなく、市民も社会活動へ参加出来るようになりました。一方、少子高齢化と人口減少・家族の変化・働き方の変化・外国人の増加・情報通信技術の拡大・環境問題・エネルギー問題・自然災害・収入の差・生活の差・差別・海外の戦争・近隣諸国の対立などが日本の暮らしにかかわるようになりました。 冷戦終結後、軍隊用のインターネットが一般用に代わって、企業・家庭で一気に広がりました。また、半導体技術向上と通信機器の高性能化から情報通信環境を大きく変えました。１９９０年代、パーソナルコンピュータが一般家庭へ広がりました。パーソナルコンピュータ世帯普及率は１９９６年に２０％、２００６年に８０％を超えました。インターネットの世帯利用率も２００２年に８０％を超えました。このように一般家庭へパーソナルコンピュータとインターネットが入ると、わざわざ図書館に行かなくても家庭内で必要な情報を探したり、遠くの相手とすぐに情報をやり取りしたり出来るようになりました。 大半の国民が携帯電話も同時期に持つようになりました。１９８７年、一般向け携帯電話が店に並び始めました。１９９０年代末以降、インターネットを携帯電話でも使えるようになり、若者を中心にインターネット利用者が増えました。２０００年、携帯電話契約数が固定電話契約数を上回りました。高速・大容量通信の整備が２０００年代に整えられ、文字・音楽・映像をインターネットで楽しめるようになりました。テレビでもデジタル化が進み、地上デジタルテレビ放送が始まりました。２０１１年、東日本大震災の一部被災地域を除いて、地上テレビ放送がアナログ放送からデジタル放送へ切り替わりました。 ２０００年代後半以降、スマートフォンは若者を中心に急速に広まり、２０１０年代から日常生活に欠かせない道具の１つになりました。スマートフォン１台で通話・通信・音楽・写真・動画・ゲームなどを出来るようになり、国民の日常生活が大きく変わりました。一方、新聞購読者を減らしました。情報発信の仕組みも新聞社・出版社・放送局などから国民のスマートフォンに変わり、文章・写真・映像をインターネット上に出して同じように届けられるようになりました。 コンピュータが１９９９年から２０００年へ正しく切り替わらないまま、人間の暮らしを止めてしまうかもしれないと心配されました。そのため、世界各地でコンピュータのプログラムを点検して、必要な修正を進めました。その結果、２０００年を迎えても、大規模な障害は発生しないまま終わりました。 ＳＮＳ（ソーシャルネットワークサービス）は対人関係と会話の仕方を大きく変えました。ブログ・ツイッター・フェイスブック・ラインの拡大から新聞社・テレビ局などを通さなくても政治問題と社会問題について自分の意見を書いたり、類似思想者・類似共感者と繋がったり、社会活動の参加を呼びかけたり出来るようになりました。２０２３年、ツイッターは名前をＸへ変えました。２０１７年以降、性暴力被害者・セクシャルハラスメント被害者の「＃ＭｅＴｏｏ」運動が各地へ広がりました。類似被害者がお互いの投稿を知って性暴力被害・セクシャルハラスメント被害を同じように訴えました。しかし、誹謗中傷・偽情報・誤情報・個人情報流出・著作権・情報利用の格差なども問題になりました。２０２２年、侮辱罪の法定刑が重くなり、発信者情報の開示制度も整いました。２０２５年、情報流通プラットフォーム対処法が始まり、権利侵害情報への対応と運用の透明化も求められました。 人間が細かく文章・画像を最初から作らなくても、コンピュータへ指示をしたら文章・画像・映像などを勝手に作ってくれます（生成ＡＩ）。この生成ＡＩは２０２０年代から瞬く間に広がり、各分野［労働・教育・行政など］で使われるようになりました。しかし、生成文章と生成画像の著作権・情報の信頼性・人間の創作活動との関係が新たな問題になりました。そのため、ＡＩ生成情報をそのまま鵜吞みにしないで他の一次資料と比べて本当に正しいのかを判断出来るかもこれまで以上に大切になりました。２０２５年、人工知能関連技術の研究開発及び活用の推進に関する法律（ＡＩ法）が成立しました。政府はＡＩの研究や利用を進めつつ偽情報の拡大問題・著作権問題にも対応しました。また、生成ＡＩを取り入れて行政の仕事を進めやすくしようとしました。 ２０２０年の新型コロナウイルス感染症拡大から人間は新型コロナウイルスに感染しないように、人間同士の距離を約２ｍ開けました（ソーシャルディスタンス）。学校側は分散登校を進め、教室でも席を離しました。また、緊急事態宣言で生徒が学校へ行けなくても、オンライン形式で先生の授業を行いました。会社でもテレワーク・オンライン会議が広がりました。文化・芸術分野でも映像配信が使われるようになりました。２０２３年、新型コロナウイルス感染症の感染症法上の扱いが５類感染症へ下げられ、人間生活も少しずつ以前のように戻りました。なお、現在もオンライン授業・オンライン会議の一部は使われ続けています。グローバル化は新しい感染症をどうしても短期間で海外に広げてしまいます。 情報通信環境と国際関係の変化から海外文化［テレビ番組・ファッション・食文化など］を日本で楽しめたり、国内文化［テレビ番組・ゲーム・アニメ・漫画・ファッション・食文化など］を海外でも楽しめたり出来るようになりました。国内文化は海外で広く受け入れられるようになりました。日本政府と韓国政府が１９９８年に日韓共同宣言を結ぶと、日本文化の韓国国内公開制限を少しずつ解除しました。一方、日本でも東アジア地域の音楽・ドラマ・ファッションが流行しました。歴史問題と外交問題を背景に両国間対立していても、一般国民は他国の音楽・映像作品・食文化などに親しみました。さらに日本の漫画・アニメーション・ゲームなどはインターネットの普及と動画配信サービスの拡大とも深く結びついており、作品の販売・配信などを通じて日本産業とも深く結びつくようになりました。 日本人の海外活動だけでなく、出入国管理法改正・インバウンドの増加から訪日外国人も増えました。その結果、海外の生活文化が地域社会へ入りやすくなりました。身近な国際交流は食文化と祭りから広がりました。東アジア諸国の文化交流も進み、２０２５年の大阪・関西万博は文化のボーダーレス化を進めました。国民は文化の引継ぎ・伝承を考えながら、新しい文化を作らなければなりません。 科学研究でも日本人研究者の国際的な活躍が続きました。１９９９年以前の日本人のノーベル賞受賞者は８名でした。２０００年以後の日本人のノーベル賞受賞者は２１名になりました。このうち２名はノーベル賞受賞当時にアメリカ国籍を持っていました。２０２５年、坂口志文［ノーベル生理学・医学賞］と北川進［ノーベル化学賞］がもらいました。ただし、日本経済の低迷・財政悪化から大学の研究費はあまり貰えなくなり、研究者も任期付きの研究職・特任研究員として働いていました。 関東地方の人口集中は２１世紀初頭でも続きました。しかし２００８年の１億２８０８万人を頂点に日本全体の人口は減り始めました。２００９年以後も人口減少が続きました。２０２５年の人口は１億２２９８人でした。政府の予想人口推計は２０５６年に１億人を下回り、２０７０年に８７００万人になります。６５歳以上の人口割合予想推計も２０２５年の２９．４％から２０７０年に３８．７％に増えます。 少子高齢化は家族・地域社会・経済・社会保障にも響きました。労働人口の減少から経済成長も妨げられ、税収・保険料まで減ってしまいます。その結果、社会保障制度の負担が少しずつ大きくなりました。継続的な大都市の人口集中から地方の人口が少なくなり、限界集落も増えました。１９９９年以後、市町村合併が進められ、約３２００の市町村数から２０１０年に約１７００の市町村数へ減りました。地域社会の維持は住民同士の協力だけでなく、行政の支援・民間団体の支援まで求められました。 政府は'''高齢化'''対策としてまず介護保険法〔１９９７年〕を導入して、次に公的介護保険制度〔２０００年〕を導入しました。また７５歳以上対象の後期高齢者医療制度も整えて、長期的な年金制度改革も進められました。人口減少と少子高齢化の進行から社会保障の見直しと公共サービス全体の見直しも必要になりました。 '''少子化'''も進みました。合計特殊出生率は４．５４〔１９４７年〕から１．１４〔２０２５年〕へ下がりました。出生率（人口１０００人あたりの出生数）も１７〜１９人〈高度経済成長期〉から１０人〔１９９１年〕を下回りました。生涯未婚率も上がりました。その理由として子育て費用・育児施設不足・育児制度不足・晩婚化・非婚化などが挙げられます。そのため、政府は育児休業制度・保育サービスの充実を進めました。 少子化は教育にも響きました。学校の統廃合が進んでも小学校受験生・中学校受験生を増やしました。２０１０年の中学入試のように受験年齢の低下も進みました。親が子供の教育に力を入れるようになりました。 家族の組み合わせも変わりました。性別役割分担の変化・未婚者の増加から単身世帯が増えました。政府はＬＧＢＴの戸籍問題・婚姻問題・夫婦別姓問題も話し合いました。なおＬＧＢＴは性的指向者・性自認をいい、女性同性愛者のレズビアン（Ｌ）、男性同性愛者のゲイ（Ｇ）、両性愛者のバイセクシャル（Ｂ）、性別不適合者のトランスジェンダー（Ｔ）の頭文字を組み合わせています。 １９７９年、国際連合総会は「女子に対するあらゆる形態の差別の撤廃に関する条約（女子差別撤廃条約）」を採用して、日本側も数年後に当条約を受け入れました。１９８５年、国会は男女雇用機会均等法を定めてから学校の家庭科教育も男女一緒に学べるようになりました。その後、政府は男女共同参画社会基本法〔１９９９年〕と女性活躍推進法〔２０１５年〕を定めました。 女性の働き方も広がりました。２０２５年、１５〜６４歳の女性の就業率は７５．３％になり、女性労働者も増えました。結婚しても出産しても働く女性の増加から年齢別労働力率のＭ字カーブはほぼ消えました。一方、女性の正規雇用比率は年齢とともに下がっています。現在も男女間の賃金格差と女性管理職の少なさは続いています。２０２６年、常時雇用労働者１０１人以上の企業は男女間の賃金格差を発表しなければならなくなりました。 ２０１５年、東京都渋谷区は同性カップルへパートナーシップ証明制度を始め、各自治体にも広がりました。２０２３年、国会はＬＧＢＴ理解増進法もまとめました。地方裁判所は同性同士の結婚を認めない日本国憲法条文を憲法違反と伝えました。政府・自治体は同性婚・家族についてずっと話し合いました。 若者の政治参加制度も変わりました。２０１５年、選挙権年齢を満２０歳以上から満１８歳以上に引き下げました（改正公職選挙法）。２０１６年の参議院議員通常選挙から改正公職選挙法に従って投票できるようになりました。２０１５年、文部科学省は高校生の政治活動を一部解禁しました。２０１８年の民法改正から成年年齢を２０歳から１８歳に引き下げました。２０２２年から１８歳で成人になりました。２０２３年以降、大人側の意見よりも子供・若者の意見を聞いてからこども施策を決めるようになりました（こども基本法）。 社会・家族関係の変化に合わせて民法を改正しました。２０１７年、民法の債権分野［消滅時効・保証・債権譲渡・定型約款など］を約１２０年ぶりに大修正して２０２０年から使い始めました。２０２４年、民法の家族分野［離婚後の親権制度］を見直して２０２６年４月から共同親権か単独親権かを選べるようになりました。 [[ファイル:Sustainable_Development_Goals.png|サムネイル|306x306ピクセル|１７の持続可能な開発目標の一覧]] ２０１５年、持続可能な社会を目指す国際的な取り組みとして「持続可能な開発のための２０３０アジェンダ」が国際連合総会の全参加国賛成で決まりました。このアジェンダから<span style="color:#f29100">'''持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）'''</span>が決まり、１７の目標［貧困・教育・環境・経済など］と１６９のターゲットも示されました。このうち、合い言葉「誰一人取り残さない」から貧困・不平等の解消・平和と公正の実現に取り組みました。しかし、紛争・気候変動・経済格差などから目標達成は遅れています。 ２０１６年、政府はＳＤＧｓ推進本部をつくりました。政府、自治体、企業などが環境を守りながら地域経済・地域社会の向上にも繋げました。２０２３年、ＳＤＧｓ実施指針が改定されました。２０２６年度も地方創生・ジェンダー平等・気候変動対策・科学技術などが重点分野になりました。 == 平成時代・令和時代の文化史・科学史 == ※当項目は時事的な要素が強いため毎年見直し更新があります。 == 資料出所 == * 平雅行、横田冬彦ほか編著『日本史探究』実教出版株式会社　2023年 * 佐藤信、五味文彦ほか編著『詳説日本史探究』株式会社山川出版社　2023年 * 高埜利彦、高村直助ほか編著『日本史Ａ　改訂版』株式会社山川出版社　2016年 * 渡邊晃宏ほか編著『日本史探究』東京書籍株式会社 2023年 * 伊藤純郎ほか編著『高等学校日本史探究』株式会社清水書院　2023年 * 大橋幸泰ほか編著『高等学校日本史探究』株式会社第一学習社　2023年 * 山中裕典著'''『'''改訂版 大学入学共通テスト 歴史総合、日本史探究の点数が面白いほどとれる本'''』'''株式会社KADOKAWA　2024年 * 佐藤信、五味文彦ほか編著『詳説日本史研究』株式会社山川出版社　2017年 * 河合敦著『世界一わかりやすい河合敦の日本史Ｂ［近・現代］の特別講座』株式会社KADOKAWA　2014年（絶版本） * 全国歴史教育研究協議会編『［新課程版］日本史用語集』株式会社山川出版社　2023年 * 外園豊基編集代表『最新日本史図表』株式会社第一学習社　2026年 * 東京法令出版編著『歴史資料館　日本史のライブラリー』東京法令出版株式会社　2026年 * 各種新聞等資料・各種政府公式白書 [[カテゴリ:高等学校日本史探究]] [[カテゴリ:21世紀]] mfki6v7p012hat2jdko8i3ddmlke0tq 305100 305099 2026-10-22T23:30:33Z Kwawe 68789 /* 新しい世界を目指して */ 障害者の雇用制度が変わり、障害者の権利も整えられた。 305100 wikitext text/x-wiki [[小学校・中学校・高等学校の学習]]>[[高等学校の学習]]>[[高等学校地理歴史]]>[[高等学校日本史探究]]>新たな世紀の日本へⅣ 本節は国民生活文化史などについて詳しく記します。 == 新しい世界を目指して == ※当項目は時事的な要素が強いため毎年見直し更新があります。 ２０世紀後期から２１世紀初期にかけて、日本社会は大きく変わりました。ＮＰＯ（民間非営利組織）法人が増え、会社・役所だけでなく、市民も社会活動へ参加出来るようになりました。一方、少子高齢化と人口減少・家族の変化・働き方の変化・外国人の増加・情報通信技術の拡大・環境問題・エネルギー問題・自然災害・収入の差・生活の差・差別・海外の戦争・近隣諸国の対立などが日本の暮らしにかかわるようになりました。 冷戦終結後、軍隊用のインターネットが一般用に代わって、企業・家庭で一気に広がりました。また、半導体技術向上と通信機器の高性能化から情報通信環境を大きく変えました。１９９０年代、パーソナルコンピュータが一般家庭へ広がりました。パーソナルコンピュータ世帯普及率は１９９６年に２０％、２００６年に８０％を超えました。インターネットの世帯利用率も２００２年に８０％を超えました。このように一般家庭へパーソナルコンピュータとインターネットが入ると、わざわざ図書館に行かなくても家庭内で必要な情報を探したり、遠くの相手とすぐに情報をやり取りしたり出来るようになりました。 大半の国民が携帯電話も同時期に持つようになりました。１９８７年、一般向け携帯電話が店に並び始めました。１９９０年代末以降、インターネットを携帯電話でも使えるようになり、若者を中心にインターネット利用者が増えました。２０００年、携帯電話契約数が固定電話契約数を上回りました。高速・大容量通信の整備が２０００年代に整えられ、文字・音楽・映像をインターネットで楽しめるようになりました。テレビでもデジタル化が進み、地上デジタルテレビ放送が始まりました。２０１１年、東日本大震災の一部被災地域を除いて、地上テレビ放送がアナログ放送からデジタル放送へ切り替わりました。 ２０００年代後半以降、スマートフォンは若者を中心に急速に広まり、２０１０年代から日常生活に欠かせない道具の１つになりました。スマートフォン１台で通話・通信・音楽・写真・動画・ゲームなどを出来るようになり、国民の日常生活が大きく変わりました。一方、新聞購読者を減らしました。情報発信の仕組みも新聞社・出版社・放送局などから国民のスマートフォンに変わり、文章・写真・映像をインターネット上に出して同じように届けられるようになりました。 コンピュータが１９９９年から２０００年へ正しく切り替わらないまま、人間の暮らしを止めてしまうかもしれないと心配されました。そのため、世界各地でコンピュータのプログラムを点検して、必要な修正を進めました。その結果、２０００年を迎えても、大規模な障害は発生しないまま終わりました。 ＳＮＳ（ソーシャルネットワークサービス）は対人関係と会話の仕方を大きく変えました。ブログ・ツイッター・フェイスブック・ラインの拡大から新聞社・テレビ局などを通さなくても政治問題と社会問題について自分の意見を書いたり、類似思想者・類似共感者と繋がったり、社会活動の参加を呼びかけたり出来るようになりました。２０２３年、ツイッターは名前をＸへ変えました。２０１７年以降、性暴力被害者・セクシャルハラスメント被害者の「＃ＭｅＴｏｏ」運動が各地へ広がりました。類似被害者がお互いの投稿を知って性暴力被害・セクシャルハラスメント被害を同じように訴えました。しかし、誹謗中傷・偽情報・誤情報・個人情報流出・著作権・情報利用の格差なども問題になりました。２０２２年、侮辱罪の法定刑が重くなり、発信者情報の開示制度も整いました。２０２５年、情報流通プラットフォーム対処法が始まり、権利侵害情報への対応と運用の透明化も求められました。 人間が細かく文章・画像を最初から作らなくても、コンピュータへ指示をしたら文章・画像・映像などを勝手に作ってくれます（生成ＡＩ）。この生成ＡＩは２０２０年代から瞬く間に広がり、各分野［労働・教育・行政など］で使われるようになりました。しかし、生成文章と生成画像の著作権・情報の信頼性・人間の創作活動との関係が新たな問題になりました。そのため、ＡＩ生成情報をそのまま鵜吞みにしないで他の一次資料と比べて本当に正しいのかを判断出来るかもこれまで以上に大切になりました。２０２５年、人工知能関連技術の研究開発及び活用の推進に関する法律（ＡＩ法）が成立しました。政府はＡＩの研究や利用を進めつつ偽情報の拡大問題・著作権問題にも対応しました。また、生成ＡＩを取り入れて行政の仕事を進めやすくしようとしました。 ２０２０年の新型コロナウイルス感染症拡大から人間は新型コロナウイルスに感染しないように、人間同士の距離を約２ｍ開けました（ソーシャルディスタンス）。学校側は分散登校を進め、教室でも席を離しました。また、緊急事態宣言で生徒が学校へ行けなくても、オンライン形式で先生の授業を行いました。会社でもテレワーク・オンライン会議が広がりました。文化・芸術分野でも映像配信が使われるようになりました。２０２３年、新型コロナウイルス感染症の感染症法上の扱いが５類感染症へ下げられ、人間生活も少しずつ以前のように戻りました。なお、現在もオンライン授業・オンライン会議の一部は使われ続けています。グローバル化は新しい感染症をどうしても短期間で海外に広げてしまいます。 情報通信環境と国際関係の変化から海外文化［テレビ番組・ファッション・食文化など］を日本で楽しめたり、国内文化［テレビ番組・ゲーム・アニメ・漫画・ファッション・食文化など］を海外でも楽しめたり出来るようになりました。国内文化は海外で広く受け入れられるようになりました。日本政府と韓国政府が１９９８年に日韓共同宣言を結ぶと、日本文化の韓国国内公開制限を少しずつ解除しました。一方、日本でも東アジア地域の音楽・ドラマ・ファッションが流行しました。歴史問題と外交問題を背景に両国間対立していても、一般国民は他国の音楽・映像作品・食文化などに親しみました。さらに日本の漫画・アニメーション・ゲームなどはインターネットの普及と動画配信サービスの拡大とも深く結びついており、作品の販売・配信などを通じて日本産業とも深く結びつくようになりました。 日本人の海外活動だけでなく、出入国管理法改正・インバウンドの増加から訪日外国人も増えました。その結果、海外の生活文化が地域社会へ入りやすくなりました。身近な国際交流は食文化と祭りから広がりました。東アジア諸国の文化交流も進み、２０２５年の大阪・関西万博は文化のボーダーレス化を進めました。国民は文化の引継ぎ・伝承を考えながら、新しい文化を作らなければなりません。 科学研究でも日本人研究者の国際的な活躍が続きました。１９９９年以前の日本人のノーベル賞受賞者は８名でした。２０００年以後の日本人のノーベル賞受賞者は２１名になりました。このうち２名はノーベル賞受賞当時にアメリカ国籍を持っていました。２０２５年、坂口志文［ノーベル生理学・医学賞］と北川進［ノーベル化学賞］がもらいました。ただし、日本経済の低迷・財政悪化から大学の研究費はあまり貰えなくなり、研究者も任期付きの研究職・特任研究員として働いていました。 関東地方の人口集中は２１世紀初頭でも続きました。しかし２００８年の１億２８０８万人を頂点に日本全体の人口は減り始めました。２００９年以後も人口減少が続きました。２０２５年の人口は１億２２９８人でした。政府の予想人口推計は２０５６年に１億人を下回り、２０７０年に８７００万人になります。６５歳以上の人口割合予想推計も２０２５年の２９．４％から２０７０年に３８．７％に増えます。 少子高齢化は家族・地域社会・経済・社会保障にも響きました。労働人口の減少から経済成長も妨げられ、税収・保険料まで減ってしまいます。その結果、社会保障制度の負担が少しずつ大きくなりました。継続的な大都市の人口集中から地方の人口が少なくなり、限界集落も増えました。１９９９年以後、市町村合併が進められ、約３２００の市町村数から２０１０年に約１７００の市町村数へ減りました。地域社会の維持は住民同士の協力だけでなく、行政の支援・民間団体の支援まで求められました。 政府は'''高齢化'''対策としてまず介護保険法〔１９９７年〕を導入して、次に公的介護保険制度〔２０００年〕を導入しました。また７５歳以上対象の後期高齢者医療制度も整えて、長期的な年金制度改革も進められました。人口減少と少子高齢化の進行から社会保障の見直しと公共サービス全体の見直しも必要になりました。 '''少子化'''も進みました。合計特殊出生率は４．５４〔１９４７年〕から１．１４〔２０２５年〕へ下がりました。出生率（人口１０００人あたりの出生数）も１７〜１９人〈高度経済成長期〉から１０人〔１９９１年〕を下回りました。生涯未婚率も上がりました。その理由として子育て費用・育児施設不足・育児制度不足・晩婚化・非婚化などが挙げられます。そのため、政府は育児休業制度・保育サービスの充実を進めました。 少子化は教育にも響きました。学校の統廃合が進んでも小学校受験生・中学校受験生を増やしました。２０１０年の中学入試のように受験年齢の低下も進みました。親が子供の教育に力を入れるようになりました。 家族の組み合わせも変わりました。性別役割分担の変化・未婚者の増加から単身世帯が増えました。政府はＬＧＢＴの戸籍問題・婚姻問題・夫婦別姓問題も話し合いました。なおＬＧＢＴは性的指向者・性自認をいい、女性同性愛者のレズビアン（Ｌ）、男性同性愛者のゲイ（Ｇ）、両性愛者のバイセクシャル（Ｂ）、性別不適合者のトランスジェンダー（Ｔ）の頭文字を組み合わせています。 １９７９年、国際連合総会は「女子に対するあらゆる形態の差別の撤廃に関する条約（女子差別撤廃条約）」を採用して、日本側も数年後に当条約を受け入れました。１９８５年、国会は男女雇用機会均等法を定めてから学校の家庭科教育も男女一緒に学べるようになりました。その後、政府は男女共同参画社会基本法〔１９９９年〕と女性活躍推進法〔２０１５年〕を定めました。 女性の働き方も広がりました。２０２５年、１５〜６４歳の女性の就業率は７５．３％になり、女性労働者も増えました。結婚しても出産しても働く女性の増加から年齢別労働力率のＭ字カーブはほぼ消えました。一方、女性の正規雇用比率は年齢とともに下がっています。現在も男女間の賃金格差と女性管理職の少なさは続いています。２０２６年、常時雇用労働者１０１人以上の企業は男女間の賃金格差を発表しなければならなくなりました。 ２０１５年、東京都渋谷区は同性カップルへパートナーシップ証明制度を始め、各自治体にも広がりました。２０２３年、国会はＬＧＢＴ理解増進法もまとめました。地方裁判所は同性同士の結婚を認めない日本国憲法条文を憲法違反と伝えました。政府・自治体は同性婚・家族についてずっと話し合いました。 若者の政治参加制度も変わりました。２０１５年、選挙権年齢を満２０歳以上から満１８歳以上に引き下げました（改正公職選挙法）。２０１６年の参議院議員通常選挙から改正公職選挙法に従って投票できるようになりました。２０１５年、文部科学省は高校生の政治活動を一部解禁しました。２０１８年の民法改正から成年年齢を２０歳から１８歳に引き下げました。２０２２年から１８歳で成人になりました。２０２３年以降、大人側の意見よりも子供・若者の意見を聞いてからこども施策を決めるようになりました（こども基本法）。 社会・家族関係の変化に合わせて民法を改正しました。２０１７年、民法の債権分野［消滅時効・保証・債権譲渡・定型約款など］を約１２０年ぶりに大修正して２０２０年から使い始めました。２０２４年、民法の家族分野［離婚後の親権制度］を見直して２０２６年４月から共同親権か単独親権かを選べるようになりました。 障害者の雇用制度が変わり、障害者の権利も整えられました。１９６０年、身体障害者が会社で働けるように身体障害者雇用促進法を定めました。その後、知的障害者も精神障害者も働けるように法律を改正しました。さらに会社は従業員数に合わせて一定数の障害者を雇うようになりました（法定雇用率制度）。２０１３年の障害者雇用促進法改正から会社は障害を理由に就職差別出来なくなり、障害者本人の状況に合わせて仕事内容・職場環境を整えました（合理的配慮）。法定雇用率も上がり、２０２６年７月から民間企業は２．７％になりました。障害者雇用企業と雇用者数は長年増えても法定雇用率未達成企業ばかりになので、障害者の仕事内容・職場環境まで依然として解決していません。 [[ファイル:Sustainable_Development_Goals.png|サムネイル|306x306ピクセル|１７の持続可能な開発目標の一覧]] ２０１５年、持続可能な社会を目指す国際的な取り組みとして「持続可能な開発のための２０３０アジェンダ」が国際連合総会の全参加国賛成で決まりました。このアジェンダから<span style="color:#f29100">'''持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）'''</span>が決まり、１７の目標［貧困・教育・環境・経済など］と１６９のターゲットも示されました。このうち、合い言葉「誰一人取り残さない」から貧困・不平等の解消・平和と公正の実現に取り組みました。しかし、紛争・気候変動・経済格差などから目標達成は遅れています。 ２０１６年、政府はＳＤＧｓ推進本部をつくりました。政府、自治体、企業などが環境を守りながら地域経済・地域社会の向上にも繋げました。２０２３年、ＳＤＧｓ実施指針が改定されました。２０２６年度も地方創生・ジェンダー平等・気候変動対策・科学技術などが重点分野になりました。 == 平成時代・令和時代の文化史・科学史 == ※当項目は時事的な要素が強いため毎年見直し更新があります。 == 資料出所 == * 平雅行、横田冬彦ほか編著『日本史探究』実教出版株式会社　2023年 * 佐藤信、五味文彦ほか編著『詳説日本史探究』株式会社山川出版社　2023年 * 高埜利彦、高村直助ほか編著『日本史Ａ　改訂版』株式会社山川出版社　2016年 * 渡邊晃宏ほか編著『日本史探究』東京書籍株式会社 2023年 * 伊藤純郎ほか編著『高等学校日本史探究』株式会社清水書院　2023年 * 大橋幸泰ほか編著『高等学校日本史探究』株式会社第一学習社　2023年 * 山中裕典著'''『'''改訂版 大学入学共通テスト 歴史総合、日本史探究の点数が面白いほどとれる本'''』'''株式会社KADOKAWA　2024年 * 佐藤信、五味文彦ほか編著『詳説日本史研究』株式会社山川出版社　2017年 * 河合敦著『世界一わかりやすい河合敦の日本史Ｂ［近・現代］の特別講座』株式会社KADOKAWA　2014年（絶版本） * 全国歴史教育研究協議会編『［新課程版］日本史用語集』株式会社山川出版社　2023年 * 外園豊基編集代表『最新日本史図表』株式会社第一学習社　2026年 * 東京法令出版編著『歴史資料館　日本史のライブラリー』東京法令出版株式会社　2026年 * 各種新聞等資料・各種政府公式白書 [[カテゴリ:高等学校日本史探究]] [[カテゴリ:21世紀]] e3qwsgecabmg7w39y06jvcocuheym4y