電流と磁場�@（磁場の定義と電流のつくる磁場）

１．導入

ここまでは電場を扱ってきました。これからは磁場に入っていきます。
静電気力と同様に磁力も「離れていても作用する力（遠隔力）」です。 しかし，小学生のときに，磁石の上に下敷きをのせて砂鉄をパラパラやって， 磁場をみたことがありますか？ あれでわかるように目には見えませんが，その空間が力を及ぼす性質がある。 その空間の性質を「磁場」というわけです。
まずは定義からはじめていきたいと思います。

２．磁場の定義と磁場に関するクーロンの法則

まず磁石を考えると，N極同士とS極同士は反発し，N極とS極は引き合います。 ここで，電場における電荷に対応した「磁極」 というものを磁石が持っているとします。ここで，N極はプラス，S極はマイナスとします。 すると距離rだけ磁極が離れていると，クーロンの法則と同じ式が書けるのです。 それを「磁場におけるクーロンの法則」といいます。

いわば磁場における「磁極」が，電場における「電荷」に対応していますが･･･。 それはちょっと置いておきましょう。

３．磁力線の性質

少し戻ります。磁石の周りには磁場が存在します。 電場を視覚化するために電気力線を用いましたが，磁場を視覚化するためには磁力線を使います。

４．磁場におけるガウスの法則

ここで，小学校の勉強を思い出してください。 棒磁石を半分にするとどうなりますか？
−半分にしても，またN極とS極が現れます。
さらに半分にするとどうなりますか？
−それでもN極とS極が現れます。
どこまで壊していったらN極だけ，S極だけ取り出せるのでしょうか？
どんどん壊していくと原子や分子になりますが，それでも現れません。 つまり，電場での「電荷」のような存在の「磁荷」というものは存在しないのです。

では何が磁場をつくるのでしょうか？それは電子の自転（スピン）と呼ばれるものです。 それが磁気的な性質を作り出す原因となっています。

ここで復習です。電場のガウスの法則とは， 「閉曲面を貫く電気力線の本数は（電荷）/（真空の誘電率）」でした。
磁場に関しては「磁荷」が存在しないため， 閉曲面を出ていく磁力線と入ってくる磁力線の本数は必ず同じになります。
つまり，「磁荷」が存在しないというのが，磁場におけるガウスの法則です。

５．電流がつくる磁場

ここまでをまとめると，磁荷というものは存在せず，電子が磁場を形成しているということ。 飛躍がありますが，電子の流れである電流はそのまわりに磁場をつくるわけです （1820年エルステッドが発見）。その大きさは1820年ビオサバールの法則というもので統一的に導けますが， それは大学生の内容なので，ここでは次の3つを暗記してください。

しかし直線電流の結果を見るとわかりますが，「磁場＝電流/円周」です。 これを微分形式にしたものがビオサバールの法則です。

電流がつくる磁場の向き
そして磁場の向きは， アンペールの右ねじの法則「ねじの進む方向を電流の向きとすると， ねじを回す向きに電流は生じる」で求めることができます。
円電流であれば，それぞれの場所で右ねじの法則を適用すると， コイルのなかでは上向きの磁場が生じていることがわかります。
ですので，右ねじの法則を逆にしても成り立ちます。つまり， 「ねじを回す向きを磁場の向きとすると，ねじの進む方向に電流は生じる」 でもOKです。円電流やソレノイドコイルではこちらの方が便利です。

紙面に対しての向きの表し方
紙面に対して上向き（つまりこちら向き）は◎（中心は黒）で，
紙面に対して下向き（つまりあちら向き）は×（丸で囲って）で表します。
これは矢が飛んで迫ってきているのをみると，矢の先端が丸に見えるのでそうします。 また後ろから見ると，矢の羽が×に見えるのでそう表すのです。

以上で今日は終わりです。内容は多かったので大変ですが，慣れていきましょう。 特に磁場は向きが3次元になるので難しいですが，それもPointです！

授業を終えて。。。
電場に比べると素直に入っていきます。電場で慣れたのか，磁石が身近だからか？

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