電験三種 理論基礎 | 平行平板コンデンサ（電気力線）解説ツール

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🔬 平行平板コンデンサー 電気力線シミュレーター

物理学の電場と電束を直感的に学習できる3Dシミュレーションツールです。

📱 操作方法

  • マウス/タッチドラッグ: 3Dモデルの回転
  • ホイール/ピンチ: ズームイン・アウト
  • スライダー: パラメータのリアルタイム調整
  • 統計パネル: 数値の確認

🧮 基本数式

電場強度:
E = V/d [V/m]

電束:
Φ = E × S = (V/d) × S

コンデンサーの容量:
C = ε₀ × S/d [F]

蓄積エネルギー:
U = (1/2) × C × V² [J]
  • V: 電圧 [V]
  • d: 極板間距離 [m]
  • S: 極板面積 [m²]
  • ε₀: 真空の誘電率 (8.854×10⁻¹² F/m)

⚡ 電気力線の性質

  • 方向: 正電荷から負電荷へ向かう
  • 密度: 電場強度に比例（線が密集 = 強い電場）
  • 本数: 電束Φに比例
  • 端効果: 極板の端で外側に湾曲
  • 連続性: 途中で切れたり分岐しない

🔧 パラメータの影響

⚡電圧 (V) を上げると
V ↑
→
E = V/d ↑
→
Φ = E×S ↑
→
力線本数 ↑
→
色の変化
💡 電場が強くなり、力線が増えて青→緑→黄色に変化します
📏極板間距離 (d) を縮めると
d ↓
→
E = V/d ↑
→
Φ = E×S ↑
→
力線本数 ↑
→
力線密度 ↑
💡 電場が集中し、同じ電圧でもより多くの力線が表示されます
📐極板面積 (S) を広げると
S ↑
→
Φ = E×S ↑
→
力線本数 ↑
→
容量 C ↑
→
蓄積電荷 ↑
💡 電場強度は変わらず、総電束が増えて力線本数が増加します
📊 重要な関係式:
Φ (電束) = E (電場強度) × S (面積)
E (電場強度) = V (電圧) / d (距離)
∴ Φ = (V × S) / d

力線の本数は電束 Φ に比例します！

これらの関係により、ガウスの法則と電場の重ね合わせ原理を視覚的に理解できます。

🎓 学習のポイント

  • 一様電場: 極板間では電場が均一
  • フリンジ効果: 端での力線の湾曲
  • 電位差: 電場と電圧の関係
  • エネルギー保存: 電場のエネルギー密度
  • 実用応用: 各種コンデンサーの原理

🔬 物理的意味

このシミュレーションは、マクスウェル方程式に基づく電磁場理論の基礎を視覚化しています。平行平板コンデンサーは、電場・電位・容量の概念を学ぶ上で最も重要なモデルの一つです。

実際のコンデンサー（キャパシタ）は、電子回路において電荷の蓄積・放電、フィルタリング、タイミング制御などに広く使用されています。

⚡ 制御パネル

50V
5.0
20.0
1.0
電場強度: 25 V/m
電束Φ: 100
力線本数: 49
極板面積: 4.0