フィールドは私たちの周りにあります。 地球の質量によって引き起こされる重力場であろうと、電子などの荷電粒子によって生成される電場であろうと、 至る所に目に見えないフィールドがあり、適切なオブジェクトを動かすことができるポテンシャルと目に見えない力を表しています 特性。
たとえば、ある領域の電界は、帯電した物体がその領域に入るときに元の経路から逸れる可能性があることを意味します。 地球の質量による重力場は、地球の表面を克服するために何らかの作業を行わない限り、地球の表面にしっかりと固定されます。 影響。
磁場は磁力の原因であり、他の物体に磁力を及ぼす物体は、磁場を生成することによってそうします。 磁場は、力線と一列に並ぶコンパス針のたわみによって検出できます（針の磁北は磁南を向いています）。 電気と磁気を研究している場合、磁場と磁力についてさらに学ぶことは、あなたの旅の重要なステップです。
磁場とは何ですか？
一般に、物理学では、フィールドは、空間のすべての領域で値を持つベクトルであり、そのポイントでの効果の強さまたは弱さ、および効果の方向を示します。 たとえば、太陽のような質量のあるオブジェクトは重力場を作成し、そのフィールドに入る質量のある他のオブジェクトは結果として力の影響を受けます。 これは、太陽の引力が地球をその周りの軌道に保つ方法です。
天王星の軌道の範囲など、太陽系のさらに外側では、同じ力が適用されますが、強度ははるかに低くなります。 常に太陽にまっすぐ向けられています。 太陽を取り巻く矢印のコレクションを想像すると、すべて太陽に向かっていますが、近距離では長さが長くなります （より強い力）そして長距離でのより短い長さ（より弱い力）、あなたは基本的に太陽の重力場を想像しました システム。
これと同じように、電荷を持つ物体は電界を生成し、移動する電荷が生成されます磁場、近くの帯電した物体または他の磁性材料に磁力を発生させる可能性があります。
これらの磁場は、ループ磁気を持っているため、重力場よりも形状の点で少し複雑です。 正（または北極）から出て負（または南極）で終わる力線ですが、同じ基本線を満たします 役割。 それらは力線のようなもので、ある場所に配置されたオブジェクトがどのように動作するかを示します。 これは、外部磁場と整列する鉄のやすりを使用して明確に視覚化できます。
磁場は常に 双極子場、したがって磁気単極子はありません。 一般的に、磁場は文字で表されますB、しかし、磁場が磁性材料を通過する場合、これは分極化され、それ自体の磁場を生成する可能性があります。 この2番目のフィールドは最初のフィールドに寄与し、2つの組み合わせは文字で参照されますH、 どこ
H = \ frac {B} {\ mu_m} \ text {および} \ mu_m = K_m \ mu_0
μ付き0 = 4π × 10−7 H / m（つまり、自由空間の透磁率）とKm 問題の材料の比透磁率です。
与えられた領域を通過する磁場の量は磁束と呼ばれます。 磁束密度は局所的な電界強度に関係しています。 磁場は常に双極子であるため、閉じた表面を通る正味の磁束は0です。 （サーフェスを出る力線は、必ず再度入り、キャンセルします。）
単位と測定
磁場の強さのSI単位はテスラ（T）です。ここで、
1テスラ= 1 T = 1 kg / As2 = 1 V s / m2 = 1 N / A m
磁場強度に広く使用されているもう1つの単位は、ガウス（G）です。ここで、
1ガウス= 1 G = 10−4 T
テスラは非常に大きなユニットであるため、多くの実際的な状況では、ガウスがより便利な選択肢です。たとえば、 冷蔵庫の磁石の強度は約100Gですが、地球の表面の地球の磁場は 約0.5G。
磁界の原因
磁場は電荷の移動によって生成されるため、電気と磁気は基本的に絡み合っています （電流のように）または変化する磁場、変化する磁場は電気を生成します フィールド。
棒磁石または同様の磁性体では、磁場はいくつかの磁区から生じます。 整列するようになり、それは次にそれらの原子核の周りの帯電した電子の動きによって作成されます 原子。 これらの動きは、ドメイン内に小さな磁場を生成します。 ほとんどの資料では、ドメインはランダムに配置され、互いに打ち消し合いますが、一部の資料では 材料、隣接するドメインの磁場が整列し、これにより大規模な 磁気。
地球の磁場も電荷の移動によって生成されますが、この場合、磁場を生成するのは地球のコアを取り巻く溶融層の動きです。 これはによって説明されますダイナモ理論、これは、回転する帯電した流体がどのように磁場を生成するかを説明しています。 地球の外核には絶えず動く溶鉄が含まれており、電子が液体中を移動して磁場を生成します。
太陽にも磁場があり、これがどのように機能するかについての説明は非常に似ています。 ただし、太陽のさまざまな部分（つまり、さまざまな緯度での流体のような物質）のさまざまな回転速度は、力線につながります 時間の経過とともに絡み合うだけでなく、太陽フレアや黒点、約11年の太陽などの太陽に関連する多くの現象 サイクル。 太陽には棒磁石のように2つの極がありますが、太陽のプラズマの動きと徐々に増加する太陽活動により、11年ごとに磁極が反転します。
磁場の公式
移動電荷の異なる配置による磁場は、個別に導出する必要があります。 しかし、使用できる標準的な数式はたくさんあるので、毎回「車輪の再発明」をする必要はありません。 時間。 ビオ・サバールの法則またはアンペア・マクスウェルの法則を使用して、基本的に移動電荷の任意の配置の式を導き出すことができます。 ただし、電流の単純な配置の結果として得られる式は、非常に一般的に使用され、引用されているため、次のことができます。 毎回ビオ・サバール法またはアンペア・マクスウェル法から導き出すのではなく、単に「標準式」として扱ってください。
直線電流の磁場は、アンペールの法則（アンペール-マクスウェルの法則のより単純な形式）から次のように決定されます。
B = \ frac {μ_0I} {2πr}
どこμ0 前に定義したとおりです、私アンペアでの電流であり、rは、磁場を測定しているワイヤーからの距離です。
電流ループの中心の磁場は次の式で与えられます。
B = \ frac {μ_0I} {2 R}
どこRはループの半径であり、他の記号は前に定義したとおりです。
最後に、ソレノイドの磁場は次の式で与えられます。
B =μ_0\ frac {N} {L} I
どこNはターン数であり、Lソレノイドの長さです。 ソレノイドの磁場は主にコイルの中心に集中しています。
計算例
これらの方程式（およびそれらのような方程式）の使用法を学ぶことは、磁場を計算するときにあなたがしなければならない主なことです または結果として生じる磁力なので、それぞれの例は、起こりそうな種類の問題に取り組むのに役立ちます 出会い。
5アンペアの電流が流れる長い直線のワイヤー（つまり、I = 5 A）の場合、ワイヤーから0.5 m離れた磁場の強さはどれくらいですか？
I = 5Aおよびr = 0.5 mで最初の式を使用すると、次のようになります。
\ begin {aligned} B＆= \ frac {μ_0I} {2πr} \\＆= \ frac {4π×10 ^ {− 7} \ text {H / m}×5 \ text {A}} { 2π×0.5 \ text {m}} \\＆= 2×10 ^ {− 6} \ text {T} \ end {aligned}
ここで、I = 10 Aを運び、半径r = 0.2 mの電流ループの場合、ループの中心の磁場はどのくらいですか？ 2番目の方程式は次のようになります。
\ begin {aligned} B＆= \ frac {μ_0I} {2R} \\＆= \ frac {4π×10 ^ {− 7} \ text {H / m}×10 \ text {A}} {2× 0.2 \ text {m}} \\＆= 3.14×10 ^ {− 5} \ text {T} \ end {aligned}
最後に、長さL = 0.1mでN = 15ターン、4 Aの電流が流れるソレノイドの場合、中央の磁場の強さはどのくらいですか？
3番目の方程式は次のようになります。
\ begin {aligned} B＆=μ_0\ frac {N} {L} I \\＆=4π×10 ^ {− 7} \ text {H / m}×\ frac {15 \ text {turns}} {0.1 \ text {m}}×4 \ text {A} \\＆= 7.54×10 ^ {− 4} \ text {T} \ end {aligned}
他の例の磁場計算は、少し異なる動作をする可能性があります。たとえば、磁場の中心にある磁場を示します。 ソレノイドと電流、ただしN / L比を求める–ただし、方程式に精通している限り、問題は発生しません。 それらに答える。