フレミング左手の法則
磁気量
1[Wb]
の磁極
(
磁界
を参照
)
から
1
本の割合で磁束線が延びるとした磁束線の本数を
磁束
と言う。単位体積当たりの
磁束
を
磁束密度
と言う。
面積
S
の面を
磁束
F
が貫くときの
磁束密度の大きさ
B
は、
透磁率
m
の物質
(
磁性体
を参照
)
中において、
磁界
と
磁束密度
の間には、
という関係がある。但し、真空中においては、
磁界
中を流れる
電流
には
力
が働く。
磁界の向き
が
左手人差し指の向き
、
電流の向き
が
左手中指の向き
だとすると、
力の向き
は
左手親指の向き
となる。この法則を
フレミング左手の法則
という。
磁束密度の大きさ
が
B
である
磁界
中を、大きさ
I
の
電流
が、この
磁界
と角
q
をなす方向に流れるとき、この
電流
を流す直線状導線の
長さ
l
の部分が受ける
力の大きさ
F
は、
磁性体
中では、
磁化
が生じる分だけ
磁界
が変化します。
磁化
と
磁界
をまとめて
磁束
という量を考えます。
磁力線
の密度を
磁界
の大きさとなるように考えましたが、
磁束
は、
磁気量
1[Wb]
の磁極から
1
本の割合で磁束線が延びるとした磁束線の本数とします。
磁束
の単位も
[Wb]
です。
磁束
がある面を貫くときに、
磁束
を
面積
で割ったもの、つまり、
単位面積
当たりの
磁束
を
磁束密度
と言います。
磁束密度
はベクトル量で、向きは
磁界
の向き
(
高校の範囲では。場合によっては、同じ向きでない場合があります
)
とします。磁束密度の単位は、
[
]
ですが、これを一つにまとめた
[T](
テスラ
)
という単位も使います。
磁束
F
と
磁束密度の大きさ
B
の間には、
面積
を
S
として、
という関係があります。
磁束密度
と
磁界
の間には、物質の
透磁率
を
[
]
として、
という関係があります
(
入試では必ずしも必要ではありませんが、詳細は、
磁性体における磁界、磁束密度
を参照
)
。真空中においては、透磁率は真空の透磁率
[
]
に一致します。
電流
が流れると
右ねじの法則
で決まる向きに
磁界
ができます。
左手中指の方向
に
電流
が流れると、左手中指の腹側では、
左手親指の向き
に
N
→
S
となります。
左手人差し指の向き
に
磁界
があると、左手中指の
腹側が
N
になります。
N
と
S
が引き合うので、腹側では
左手親指の向きに力が働く
ことになります。
磁束密度
を
,
電流
ベクトルを
,
磁界
中に存在する直線状導線の
長さ
を
l
として、この
電流
の受ける
電磁力
は、
となります。×は
ベクトルの外積
を表します
(
入試では必ずしも必要ではありませんが、詳細は、
電流・荷電粒子が受ける力
を参照
)
。
磁束密度
の大きさを
,
電流
の強さを
,
磁界
と
電流
の流れる方向のなす角を
q
として、
電磁力の大きさ
は、
電磁力の大きさ
は、
電流
の強さに比例し、導線の
長さ
に比例し、
磁束密度の大きさ
に比例します。
磁界
の向きが
電流
の向きと垂直でない場合、
磁界
については、
電流
の向きと垂直な方向の成分を考えます。
磁束密度の大きさ
が
B
,
磁界
と
電流
のなす角を
q
だとして、電磁力に寄与する
磁束密度の有効成分
は
になります。
例
平行電流が及ぼし合う力
透磁率
m
の物質中で、
距離
r
離れて置かれている、充分に長い平行な
2
本の直線状導線に、それぞれ
電流
,
を流します。両者間に働く
力
を考えます。
電流
が
距離
r
離れた
電流
の位置に作る
磁界
の大きさは、
(
電流の作る磁界
を参照
)
,
磁束密度
の大きさは、
,
磁界
の向きは、
右ねじの法則
で決まる向きで、
2
本の導線を含む平面に垂直です。
この
磁界
から
電流
の
長さ
l
の部分が受ける
力の大きさ
F
は、
力の向きは、フレミング左手の法則によって決まります。
電流
も同様に、
電流
から
同じ大きさの力
を受けます。
2
電流
が
同じ向き
に流れていれば
引力
、
逆向き
に流れていれば
斥力
が働きます。
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