第５回：電流と磁場（１）

1. 第５回：電流と磁場（１） ・磁石による磁場 ・電流による磁場 今日の目標 １．磁石とは何か説明できる。 ２．磁気力に関するクーロンの法則を説明できる。 ３．磁荷と磁場の単位を示し、磁場の定義を説明できる。 ４．磁気双極子が受ける力を説明できる。 ５．磁力線を説明できる。 ６．電流による磁場を説明し、直線電流の周りの磁場を示せる。 ７．円電流とソレノイドについて説明できる。

2. 鉄粉が集中する場所：磁極 磁極 磁極 N S N N S S N N N N S S S S 磁気双極子 N S 磁極は単独で存在しない 磁石による磁場

3. 1 4πμ0 N N S S qmqm’ r2 qmqm’ r2 F∝ 磁気に関するクーロンの法則 磁気力に関するクーロンの法則 MKSA単位系 磁荷(磁気量)の単位[Wb]（ウエーバー） F：力 真空の透磁率 μ0＝4π×10-7[Wb2・N-1･m-2] F= 磁荷qm’ r 磁荷（磁気量） qm 磁荷の単位

4. ΔF ΔF Δqm 磁場：H＝ Δqm 回転する力 磁気双極子が受ける力 磁気モーメント θ qm N=2rFsinθ Pm=qm N S r l l l F=qmH N= Pm ×H -qm 磁場 試験磁荷Δqmに働く力ΔF [N･Wb-1]

5. 磁力線 磁場：H（r,t) H（r3,t) H（r2,t) １つの線上では磁場は何処でも 接線を向いている H（r1,t) • 磁力線は磁荷がないところで途切れない • 磁力線はN極から出て、S極に入る向きである • 磁力線どうしは交わらない • 磁場の強さが大きいところでは磁力線の本数密度が大きい

6. 電流　I Idlsinθ r2 Idl×r r3 dB∝ dB=k dl θ r dB 電流による磁場 ビオ・サバール （Biot-Savart）の法則 エルステッドの実験 B：磁束密度

7. I B × a r θ dθ dl rdθ=dlsinθ rsinθ=a 直線電流による磁場 磁束密度[Wb/m2] 磁場：H= I 2πd [A/m]

8. I1 I2 Ii ds J C dl H J：電流密度[A・m-2] アンペールの法則

9. n DA H= I=NI 円形電流の周りの磁場 I 2R H0= 長いソレノイドコイルを流れる電流の周りの磁場 C B A D N[回/m]：単位長さあたりの巻き数

10. 演習 １．2つの棒磁石のN極とS極を反対側の磁極の影響がないように 1.0[cm]離してつり合せるのに100[g]の錘の重力を必要とした。 　　全ての磁荷の絶対値は等しいとし、磁荷を計算しなさい。 　　また、この棒磁石の磁極間隔が4.0[cm]ならば、25[N/Wb]の磁場 　　に直角に置いたときに受ける偶力を計算しなさい。 ２．地上の南北に0.5[A]の電流が流れている直線状の導線を方位 　　磁針に1.0[cm]の距離に近づけたとき、方位磁針の向きが南北 　　方向に対し角θ傾いたとする。地磁気の水平方向の大きさは 24[A/m]として、tanθを求めなさい。 ３．水素原子の周りに電子が直径1.0[Å]の円周上にクーロン力と 　　つり合って円運動しているとすると、その磁気モーメントは 　　いくらか計算しなさい。また、中心の磁場の大きさはいくらか。 今日の用語 磁極、磁気双極子、磁気量（磁荷）、磁気に関するクーロンの法則、 透磁率、磁場、双極子モーメント、磁力線、ビオ・サバールの法則、 磁束密度、アンペールの法則、ソレノイドコイル

11. 戻り 和田義親 wada@my-pharm.ac.jp 講義のページへ戻る 和田のホームへ戻る 明薬のホームへ戻る