ヌル（物理学）

物理学では、ヌルとは、2 つ以上の反対の量が互いに完全に打ち消し合った結果、フィールドの量がゼロになるフィールド内の点のことです。フィールドは、本質的にはスカラー、ベクトル、またはテンソルです。ヌルが発生する一般的な状況は、マイクとアンテナの極性パターン、および波の反射によって発生するヌルです。

マイクロフォンの一般的な極性パターンはカーディオイドです。カーディオイドには、マイクロフォンが衝突する音波に反応しない単一の方向があります。指向性の高い (ショットガン) マイクロフォンの極性パターンはより複雑です。これらのマイクロフォンには、音を受信する主な方向に大きく狭いローブがありますが、反対方向にも小さなローブがあり、通常は他にもいくつかの小さなローブがあります。このパターンは、マイクロフォン本体内の波の打ち消しによって実現されます。これらのローブの間には、音がまったく検出されないヌル方向があります。

一般的な基本的な無線アンテナはダイポールです。これは、反対側に 2 つのヌルがある 8 の字型の極性パターンを持っています。八木アンテナなどの高指向性アンテナは、同様の理由で、高指向性マイクと非常によく似た極性パターンを持っています。つまり、これらのアンテナには、主方向から外れた複数の小さなローブがあり、その間にヌルがあります。

定在波は、波が到達した伝送媒体を通じて反射して戻ってくることによって発生します。入射波と反射波が損失なく伝送される場合、伝送経路に沿って、入射波と反射波が逆位相であるため、互いに正確に打ち消し合うポイントが存在します。

定在波は管楽器に見られます。管楽器は、定在波が設定される音響伝送ラインとして機能する管で構成されています。端が開いた管では、管の端で空気圧の変化がゼロになる必要があるため、この点は圧力ゼロです。端が閉じた管では、管の端で空気速度がゼロになる必要があるため、この点は速度ゼロです。楽器演奏者が設定した 振動モードに応じて、管に沿ってさらにゼロになる場合があります。モードが高いほど、より多くのゼロがあります。

定在波は電気伝送線路でも発生します。非抵抗終端を持つ線路では、終端からの信号が入射波と同じ振幅で反射します。これらの波は線路に沿って周期的に打ち消し合い、半波長ごとにヌルが生じます。終端から最初のヌルまでの距離は、終端インピーダンスの性質によって異なります。伝送線路上のヌルは非常に鋭く、広くて平坦なピークとは対照的です。これにより、ヌルの測定が容易になります。電子工学において、線路上のヌルの位置を測定するための機器はスロットラインです。この機器はVSWR の測定にも使用できます。VSWR とヌルの位置を測定することで、終端インピーダンスの大きさと位相の値を計算できます。

電気科学では、多くの測定を行うためにヌルが使用されます。よく使用される手法は、回路の 1 つの分岐の電圧を、別の分岐の電圧がゼロになるまで調整することです。通常、この目的にはブリッジ回路が使用されます。測定ブリッジにはさまざまな種類がありますが、最もよく知られているのはホイートストン ブリッジです。これは、それぞれの電圧を比較することで、校正済みの可変抵抗に対する未知のコンポーネントの抵抗を正確に測定するために使用されます。ブリッジの中央分岐の片側にはテスト対象の電圧があり、もう片側には校正済みの電圧があります。これらが等しい場合、中央分岐の電圧はゼロになります。測定は、中央分岐の電圧または電流を検出する機器を配置して行います。ブリッジ法の利点は、この機器は校正する必要がないことです。これは、実際に電圧を測定するのではなく、ヌルを検出するだけでよいためです。ただし、測定の精度は機器の感度に依存します。これはブリッジの分解能に影響するためです。