3D で見る（視点・ズーム） 3D 版 v0.1・未レビュー

この図の作り方・省略したこと

• 導線に沿った波: 電圧・電流は、①と同じ数値シミュレーション（テレグラファー方程式）の結果。線のまわりの場の形は、導線の断面で決まる形（TEM モード）で、大きさが電圧・電流に比例して変わります。導線の太さと間隔は、見えるよう、長さ方向に比べて拡大しています（実際の比率ではありません。既定の長さ 3 m で、太さ・間隔は、長さに比べて約 120 倍に拡大）。端（電源・負荷）での場の乱れや放射は含みません。
• 教科書の図（直交する波）は、軸に沿った点の、E（赤・縦）と B（青・奥行き）の値を、矢印にしたものです。E と B は、それぞれ最大値で規格化していて、大きさの比（E/H ＝ η、E/B ＝ 波の速さ）は表していません。直流の定常状態では、場は波打たず、静的で、エネルギーだけが流れ続けます（「エネルギーの流れ」）。
• 波紋（広がる波）: 振動する電気双極子（短い導線の中を、電子が往復する）のまわりの場を、解析解（近接場・遠方場を含む完全な式）で描いています（J. D. Jackson, Classical Electrodynamics, 3rd ed. 第 9 章。式番号・節番号は未確認）。検算（自作の検算プログラム（非公開））: 近くでは静的な双極子の場、遠くでは |E| ＝ c|B| かつ E ⟂ B ⟂ 進行方向、どの半径の球面でも放射電力が μ₀ω⁴p₀²/(12πc) で一定（9 件が通過）。式の出どころは、Jackson の本（本文は未読。〔Claudeの知識〕）のほか、Wikipedia「Dipole」の Dipole radiation の節の式と一致することを確認しました（AI（Claude）による照査が読んだ）。
• 「直交する波」の絵が成り立つのは、導かれた波や、波源から遠い所です。波源の近く（近接場）では、E は進行方向の成分ももち、E と B の大きさの比や位相も、遠くとは違います（E ⟂ B そのものは、近くでも成り立ちます）。この図の「波紋」で、近くと遠くを見比べられます。
• エネルギーの流れ（緑の矢印）は、電源から負荷へ向かいます（負荷が線に整合しているとき。整合していないと、反射した波が戻るあいだ、逆向きに流れる時間があります。この図は、逆向きの分を描いていません）。往復 2 本の導線では、両方の導線のまわり（上・下・横）に流れます。導線のあいだに最も多く流れますが、そこは電場・磁場の矢印と重なるので、外側に描いています。矢印の長さは、その場所のエネルギーの流れ S（断面の電場の 2 乗に比例。平行2線の厳密な解。検算: 断面全体の積分が V·I に一致）の平方根に比例します（外側は弱いので、見やすいよう平方根にしています）。同軸では、内側導体と外側導体のあいだだけを流れます。
• スイッチの ON／OFF: 導線に沿った波では、切ると、電源端が開放になり、場が消える先端（赤い輪）が電源側から負荷へ、線の速さ（光の速さの 66 % ほど）で進みます（白い輪は、入れたときの先端）。波紋では、波源を止めると、すでに出た波は光の速さで広がり続け、波源の近くの場は消えて、波束（殻）になって遠ざかります（時間領域の厳密な式。検算: 定常な振動の解析解との一致）。
• 「遠くを見やすく」を選ぶと、場の大きさを、波源からの距離 r 倍して表示します（放射の場は 1/r で弱まるため）。大きさの比較には使えません。
• 電子は、導線の中の代表を表示（電子ガス。各導線 110 個ほど）。乱雑な運動の速さ・散乱の間隔は概念表示で、ドリフトの偏りは、実際の約 10¹¹ 倍に拡大しています（画面では、偏りが先端の速さの 8 %。実際は約 4×10⁻¹³ 倍）。波紋の場面の電子の往復は、振れ幅を大きく拡大しています。
• 3D の描画は、2D の Canvas による簡易な投影（遠くから順に描く）で、重なりの前後が、近い物どうしでは、完全には正しくないことがあります。