電流がつくる磁界

電流がつくる磁界とは、導体に電流が流れたとき、その周囲の空間に磁界が生じるという電磁気学の基本的な現象をいう。電流と磁界の関係は、ビオ・サバールの法則とアンペアの周回積分の法則によって定量的に表される。本節では、直線電流、円形電流、ソレノイドの三つの代表的な形について、磁界の大きさと向きを求める方法を整理する。試験では、各形の公式を正しく選び、単位を揃えて代入することが求められる。

磁界の向きを決める右ネジの法則

直線状の導体に電流を流したとき、導体の周囲に生じる磁力線は導体を中心とする同心円となる。その向きは、電流の向きに右ネジを進めたときにネジを回す向きと一致するという右ネジの法則で決まる。円形電流の場合は、右手の四本の指を電流の流れる向きに沿わせ、親指の向きを円の中心軸上における磁界の向きとする。向きの判定は大きさの計算とは独立した作業であるから、符号の誤りを防ぐために先に行うべきである。

直線電流と円形電流がつくる磁界

無限に長い直線状導体に電流 I [A] が流れるとき、導体から距離 r [m] の点における磁界の大きさ H [A/m] は次の式で表される。

H = I / (2πr)

この式は、磁界の大きさが電流に比例し、距離に反比例することを示す。すなわち、電流を二倍にすると磁界も二倍になり、距離を二倍にすると磁界は半分になる。半径 a [m] の円形電流の中心における磁界の大きさは、巻数 N のコイルの場合に次の式で表される。

H = NI / (2a)

中心以外の点の磁界は、中心からの距離に応じて変化するため、中心の式をそのまま当てはめることはできない。計算問題では、半径 a が直径や単位がセンチメートルで与えられる場合があり、この場合は単位をメートルに換算してから代入しなければならない。