電流と磁場A(電流が磁場から受ける力)

1.復習&今日の目的

前回は「電流のまわりに磁場ができる」ということを説明しました。 今日はまず1問簡単な問題を解いてから,「電流は磁場から力を受ける」 ということを学習していきます。

2.問題演習

電流がつくる磁場の公式を覚えているでしょうか?

解答です。

ここで注意が必要なのは,ソレノイドコイルの公式:H=nIのnは「コイルの巻き数」 ではなく,「1mあたりの巻き数」であることです(ですので小文字のnで表す)。

3.磁束密度と磁束の定義

この後使うので,磁束密度Bと磁束Φ(ファイ)というものを定義しておきます。

磁束密度と磁場の違い
とりあえずはただの通貨変換だと思ってください。 細かく言うと難しいですが,違いを一言で言うと 「電流は磁場をつくり,磁束密度から電流は力を受ける」ということ。 つまり,電流につくられる磁場の強さは,その空間の種類(真空だとか鉄だとか) によって変わりません。 よって,磁力線の本数も変わりません。 しかし,磁束密度はその空間の種類によって変わってきます。 電場の誘電分極を思い出してみればわかると思いますが, 電場があると空間の種類(物質)によって誘電分極が生じ, それによって電気力線が減ったりします。 磁場でも同じように,鉄であれば磁化するので, その分だけ力を受ける割合が変わります。 (電気力線は電場をベースにしているので電気力線の本数は変化しますが, 磁力線は磁場をベースに考えているので磁力線の本数は変化しない。 これがわかりにくくしてい理由のような気がします。) それを考慮に入れたのが「磁束密度」です。 しかし,基本的に高校では真空中のことを扱うので, 「磁束=磁力線の本数」と考えて差し支えないと思います (一応ごまかすために≒とした)。 式で表すと,
B=μ0(H+M)=μH
Mは外部磁場に誘起された磁場(=磁化)

4.電流が磁場から受ける力

磁場中を電流が流れていると力を受けます。この大きさはF=IBL(Lは導線の長さ), 向きは「フレミングの左手の法則」で与えられます。

試験中に右手を使って頑張っているひとをみると「あ〜!」と思います。 しかし周囲にわからないようにやらないとカンニングと同じだからね。 そしてくれぐれもフェイクで右手でやらないように!

電気ブランコでフレミングの左手の法則の練習
電気ブランコでいろいろ試してみました。次の場合では電流はどちら向きですか? (コイルのうち磁石の中に入っているところの向き)

正解は・・・

なぜ電流は磁場から力を受けるか!?
結論としては磁場と磁場が反応しあって力が働きます。 磁石の間に導線が入っていれば,導線の電流がつくる磁場が,元の磁石の磁場と作用して導線が 力を受けて動きます。

同じ向きの磁力線同士は反発することを踏まえて考えれば,上の図で理解できるでしょう。

授業を終えて。。。
フレミングの左手がなんだかできているのかどうかわからん。 なぜ実際に手を動かしてやってみないのだろう。

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