どうも、白滝です。
さっそくですが、すみません
頭の悪い「自覚」のある方はお去りください
ちゃんと勉強されている
真面目な方だけに通じる話をしますので。
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さて
真面目に勉強されているあなたが、電磁気学を理解できない理由
それは、
電磁気学は真面目に取り組むと、本質を見失う科目だからです
問題の答えを見ても、なぜそうなるのかよく分からない
なんか、本質のところを説明されてない気がする（どこにも書いてない！）
なんか最終的に公式を１個１個暗記しなきゃいけない気がする
電磁気学には一貫性がねえっ！！
と思ってる方
正解です（ピンポーン）
それで、合ってます
高校の電磁気では、本質なんて教えてくれないのです
実は
今回はそのことをお伝えしたかった
ね？
知ってました？
高校の電磁気って、真面目に向き合うほど時間を浪費するゴミ科目です
だからもう、真面目に向き合うのはやめてください
あなたには３つの選択肢があります
1.本質なんて探さないで、暗記ゲーで乗り切る
一般的な高校生は、これで乗り切っています
些細な疑問には目を向けないで、出題しやすい問題とその解答を覚える
高校の電磁気は7〜8割は論理に従っているものですから、理解できるはずです
ただ、その根本にあるものや「本質との繋がり」はゴチャッと誤魔化されてますが
些細な疑問はしまって
そういうものだ
と飲み込んじゃいましょう。
そうすれば、電磁気は暗記ゲーですし
8割がたは論理で繋がってるので覚えやすいです
ただ、なぜか全体を見渡すとモヤっとするでしょうね
論理が繋がってない点が散見されて、
本当に自分は電磁気を理解してるのか？
この問題が解けないのは、電磁気をちゃんと理解してないからじゃないか？
とモヤモヤが取れない
疑問に思ってしまう
でも、それは暗記ゲーの代償です
ほら、大丈夫ですよ
私もそうでしたし
みんなも
気づかずか、気付いても見逃しながら暗記ゲーで電磁気を乗り切ってますから
ね？
時間をかけて暗記して、テストでそこそこの点を取れたら良いです
みんな、そんなかんじです
2.でもやっぱり、電磁気学をちゃんと理解してみる
ちゃんと理解したいですよね
勉強するなら、ちゃんと本質から学んでおきたい
大学合格のために勉強してるんじゃねえ！オレは知識を身に付けるために勉強してるんだ！
という方は、やっぱりちゃんと電磁気を理解したいのかもしれません
うーん。
なかなかオススメはしませんが、そういう方は大学の微積分の教科書と電磁気の教科書を読むといいかもですね
だって、電磁気の本質ってこれですし
本質となる数式は、これです
電場 $\boldsymbol{E}(\boldsymbol{x}, t)$, 磁場 $\boldsymbol{B}(\boldsymbol{x}, t)$, 電荷密度 $\rho(\boldsymbol{x}, t)$, 電流密度 $\boldsymbol{j}(\boldsymbol{x}, t)$ を用いて、
$$
\begin{aligned}
\nabla \cdot \boldsymbol{E} &=\frac{\rho}{\varepsilon_{0}} \\
\nabla \times \boldsymbol{E} &=-\frac{\partial \boldsymbol{B}}{\partial t} \\
\nabla \cdot \boldsymbol{B} &=0 \\
\nabla \times \boldsymbol{B} &=\mu_{0} \boldsymbol{j}+\mu_{0} \varepsilon_{0} \frac{\partial \boldsymbol{E}}{\partial t}
\end{aligned}
$$
同じ意味で、この積分形と呼ばれるもの↓
$$
\begin{aligned}
\int_{\mathrm{S}} \boldsymbol{E} \cdot \boldsymbol{n} d S &=\frac{1}{\varepsilon_{0}} \int_{\mathrm{V}} \rho d V \\
\oint_{\mathrm{C}} \boldsymbol{E} \cdot d \boldsymbol{r} &=-\frac{d}{d t} \int_{\mathrm{S}} \boldsymbol{B} \cdot \boldsymbol{n} d S \\
\int_{\mathrm{S}} \boldsymbol{B} \cdot \boldsymbol{n} d S &=0 \\
\oint_{\mathrm{C}} \boldsymbol{B} \cdot d \boldsymbol{r} &=\mu_{0} \int_{\mathrm{S}} \boldsymbol{j} \cdot \boldsymbol{n} d S+\mu_{0} \varepsilon_{0} \frac{d}{d t} \int_{\mathrm{S}} \boldsymbol{E} \cdot \boldsymbol{n} d S
\end{aligned}
$$
ね？
これを理解して扱えるようになるのが、本質を理解するってこと
それには、大学レベルの微積分の知識が必要だってことです
うわぁ・・
私は絶対に、高校で勉強したくない
・ベクトルの積分方法
・内積の積分方法
・外積の積分方法
を学ばないといけませんから。笑
そのくらい、高いレベルの数学知識が求められる
電磁気学の本質には、高校生が理解できない数学が使われている
・・・勘の良い方はお気付きですね？
電磁気学の本質を誰も教えてくれないのは、それを理解するに足る数学力がアナタたちにないからです
高校生には、理解できない
本質を教えるには、数学の力が足りない
だから、電磁気学は本質を省略して教えられてます
また同時に、テストに出しづらい分野も省かれて教えられますね
知ってます？
（磁石同士が引き合う力って磁場と磁気量で表せるF=mHんですけど、あれ絶対にテストに出ないんですよね・・・）
たとえば、の話ですけど。
高校で教えられる電磁気学の現状は、そんなかんじ
ゴチャゴチャと弄くり回されて、本質もつながりも見失った
それが、今の電磁気学
私も、大学レベルの知識は省くのに賛成なんですけどね
実際には、省かないでもいい論理も省かれている
つながりが省略されて、ただただ暗記ゲーになっているんですわ
暗記ゲー
暗記ゲー
暗記ゲー
公式が膨大で、使い方も膨大
ってのが電磁気じゃないですか？
問題ごとに使い方を覚えて、ちょっと一貫性が見えないというか
物理って本当はシンプルな世界なのに、その場対応を求められるというか
公式は覚えたけど、その使い方が曖昧になってたりしませんか？
公式の使い方、その本質がわからない
まだ自分の武器にできていない
初見の問題では、うまく公式を使いこなせない
なら、おそらく私の話を聞く価値が・・・
まあ、あると思います
3.ねえ、そもそも電磁気学って何をしたい学問か知ってる？
３つ目の方法は、私の話を聞くって方法ですね
笑
文部科学省の先生は、高校電磁気を諦めました
妥協した
大学レベルの数学なしに、本質は教えられないと考えた
そのせいで、
物理って本当はシンプルなのに、電磁気だけ暗記ゲー
複雑だから、暗記しなきゃってなる
なぜか、難易度が上がっている
なのに高校の電磁気学って、めっちゃ公式が出てきて問題量も多いし、暗記し切るには無理がある
まあ、それを乗り越えた強者が、志望大に合格してるんですけど
ね
あなたは、電磁気を暗記ゲーで乗り切るだけの時間がありますか？
膨大な量の公式と解き方を、テストで使い分ける自信は？
私はなかった
だから、高校時代の私の電磁気はそこそこです
入試問題に出てきて欲しくなかった
でもガッツリ出てきた
あの絶望は、今でも忘れられません（ほかのとこが良くて、受かったけど）
まあ、大した話じゃない
電磁気が暗記ゲーじゃなくて、シンプルな世界に変わるだけ
シンプルで、一貫していて、スッと受け入れられてしまうような
そんな世界を紹介するだけです
まずは、電磁気学の確認から（たぶん５割の人は知らない話）
電磁気学は目に見えないものを扱います
だから、昔の偉い人はそれに名前を付けました
電場[N/C,V/m]
磁場[N/Wb,A/m]
電束、電荷量[C]
磁束、磁気量[Wb]
電束密度[C/m2]
磁束密度[Wb/m2,T]
誘電率[F/m]
透磁率[H/m]
電気容量[F]
インダクタンス[H]
（高校で使う値と単位のみに絞ってある）
ほら、同じでしょ？
電気と磁気
同じ目に見えないもの同士、同じように名前を付けた
高校物理では、電場Eは電荷量qをかけて力Fに変換し、磁場Hは透磁率μをかけて磁束密度Bに変換します
電場と磁場
変換先が違う、って知ってました？
（磁場は力の話をしないのだ！！！）
電場では、そのまま力の話がしたいのです
磁場では、磁束密度に変換した先の話がしたいのです
ね？
電場はシンプル
電荷量をかけてやると、その物体にはたらく力が出てくる
でも、磁場は違う
磁場をまず磁束密度に変換してから、計算させようとしている
なんで？？
$Bvl$
$qBv$
$BIl$
この話ばーっかり
なんか、磁場って遠まわしじゃありません？
ほら、
あの一番かんたんで、わかりやすいやつ。
磁石同士がくっ付く力って、計算しないでしょ？
これが電場と同じ「チカラ」。
磁場ってフツーは磁石（磁荷を持ったもの）に力を与えるんですよね・・・
でも、磁場では磁力の話は省かれている
テストには絶対に出ない
法則としては存在するのに、いらない話として省かれているから電磁気ってよくわからなくなるんだな
本当は電気も磁気も、同じ話なのに
うーん
高校電磁気は、省略が多いのですわ
この電場・磁場から始まるのが「電磁気の性質」だ
電場とはなにか？
磁場とはなにか？
・・・って、まったく同じものなんだよね
目に見えないから、名前を付けた
単位を付けた
でも、計算で使いたい値はほんの一部だった
高校では、この一部しか教えないのです
全体像が見えない
だから、本質が見えない
あーあ
やっちゃってるw
じゃあ、その一部って何？
っていうと、あれですよ。
電気回路に使うやつ！！！！
これが答えです。
ね
よーく、観察してみて？
電場によって、電荷が受ける力が知りたかった
磁場によって生まれる磁束密度から、電荷受ける力が知りたかった
・・・・・・
あれ？
そう、どちらも電荷の話なんです
磁石同士がどう引き合うかなんて、ドウデモイイ
電場・磁場中の「電荷にはたらく力」が知りたい
これが、電磁気のホンネ
科学として求められてきたもの
欲しいのは、電荷（電流）にはたらく力なんです
そう、電気回路っすねw
電気回路の研究を進めるための、知識
電気回路を教えたいんです。
そこで必要なのが、
なにが電荷を動かすのか？（電流を発生させるのか？）
って知識ね。
これが高校では、最重視されている。
（ほかの知識はぽーいっ！）
んで
電場は直接「電荷に力がはたらく」
磁場は「磁束密度に変換」→「電荷に力がはたらく」
っていうわけ。
まあとにかく、電子にはたらく力が知りたかったのさ
だって、電気回路を作りたいんだもの
電気回路の計算をしたい
電気回路には、導線や抵抗に加えて、コンデンサやコイルがある
コンデンサ＝電場
コイル＝磁場
で性質が生まれるものだからね？
電場・磁場で性質を説明できるから
電気回路のための、計算がしたかった
電場・磁場はそのためのもの
だから、
電場によって電子にはたらく力
磁場によって電子（電流）にはたらく力
が求められたんだ
だから、電磁気の最終目標は
電場・磁場中の「電荷（電流）にはたらく力」を求める
ってことになる
その具体例がコンデンサやコイルであり、電気回路とつながっていくんだね
（・・・続く）
