벡터장

수학의 벡터 미적분학 등에서 벡터장(vector field)은 (국소) 유클리드 공간의 각 점에 벡터를 대응시킨 것이다. 이는 물리학에서 유체의 흐름이나 중력장 등의 각 점에서의 크기와 방향을 나타내기 위해 사용된다.

보다 수학적으로 엄밀하게 말하면, (접)벡터장은 다양체 위의 접다발의 단면으로 정의된다. 이는 텐서장의 특수한 경우이다.

 정의 
유클리드 공간 에서 벡터장은 으로 정의되는 사상으로써 정의역 의 모든 원소 에 벡터 를 대응시킨다. 만약 이라면 벡터장 으로 나타낼 수 있으며 이 때 는 성분 스칼라장이라고 한다. 일 때도 비슷한 방식으로  개의 성분 스칼라장을 가지게 된다. 만약 모든 성분 스칼라장이  함수라면 벡터장 는 계급에 속한다.

 기울기벡터장 

어떤 함수 가 있을 때 그 함수의 그래디언트는 다음과 같이 정의 된다.

자세히 살펴보면 는 의 모든 원소 에 어떤 벡터를 대응시키는 벡터장이다. 이를 특별히 기울기벡터장이라고 한다.

 예 
 지구의 각 지점에서의 공기의 움직임의 벡터장은 각 지점에서의 바람의 방향과 크기 벡터가 주어지는 벡터장이 된다. 이 벡터장은 각 지점 화살표를 그려서 표시할 수 있으며, 화살표의 방향과 크기가 바람의 방향과 크기가 된다. 기상도에서 고기압으로 표시되는 지점에서 화살표가 바깥쪽으로 나가는 것처럼 그려질 것이며, 저기압으로 표시된 지점에서는 화살표가 그 지점을 향해 들어오는 형태로 그려질 것이다.
 유체의 속도장. 유체의 각 지점에 유체의 속도벡터를 대응시킨 것이다.

 자기장. 대략적인 자기장의 모습은 자석 주위에 철가루를 뿌려 확인할 수 있다.
 맥스웰 방정식을 사용하면, 초기조건이 주어졌을 때 유클리드 공간의 모든 점에서 단위 전하가 느끼는 힘의 크기와 방향을 구할 수 있으며, 이 힘의 벡터로 정의된 것이 전기장이다.
 질량이 있는 물체가 만드는 중력장도 벡터장이다. 구대칭을 갖고 있는 물체가 만드는 중력장은 구의 중심을 향하며, 크기가 중심에서부터의 거리의 제곱에 반비례하는 벡터장을 이룬다. 이 때 이 벡터장은 중력에 의한 위치 에너지함수의 기울기벡터장이다.

 같이 보기 

 스칼라장
 장선
 벡터 미적분학
 리 미분
 곡선의 미분기하학

 참고 문헌 

분류:미분위상수학
분류:벡터 미적분학