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5分でわかる!電磁力の大きさ

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この動画の要点まとめ

ポイント

電磁力の大きさ

高校物理 電磁気41 ポイント3 全部

これでわかる!
ポイントの解説授業
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電流の外部に磁場を置いたときに 電流が外部の磁場から受ける力電磁力 の大きさの求め方を解説します。

電磁力は、電流I、磁場H、長さℓに比例する

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図のように、長さℓ[m]の導体棒に電流I[A]を流し、外部から右向きの磁場H[A/m]を加えたとします。電磁力の方向は、右ねじの法則より上向きですね。

高校物理 電磁気41 ポイント3 左の図

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このとき、電磁力の大きさはどうなるでしょうか?結論から先に言うと、
F=μIHℓ
と表すことができます。 電磁力は電流I、外部磁場H、導線の長さℓに比例する ことがわかりますね。 μ は比例定数で 透磁率 と言います。 透磁率μ は周囲の物質の種類によって定まる値で、特に真空ならば μ0 として表します。透磁率の単位は[N/A2]です。

磁束密度Bとは?

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電磁力の大きさFを求める公式
F=μIHℓ
は少し長いですよね。ここでコンパクトにすることを考えましょう。

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透磁率μと磁場の大きさHをかけ算したものを 磁束密度の大きさB[N/Am] として定めます。つまり、 B=μH です。 磁場(ベクトルH)+1[Wb]の磁気量が受ける磁気力 を表すのに対し、 磁束密度(ベクトルB)周囲の物質の透磁率も加味した上での+1[Wb]の磁気量が受ける磁気力 を表します。特に周囲の物質が真空ならば、磁束密度(ベクトルB)は、μ0Hになります。

高校物理 電磁気41 ポイント3 くまちゃん囲みのうち、真ん中の電磁力の2行分のみカット

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磁束密度Bの単位は3通りの表し方があります。磁場Hの単位を[N/Wb]、[A/m]で使った場合、それぞれ磁束密度Bの単位は[N/Am]、[Wb/m2]です。これらを1つの文字で表す T(テスラ) もよく使われます。どの単位を使っても、すべて磁束密度となることに注意しましょう。

電流は磁場(磁束密度)に垂直な成分だけを考える

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磁束密度の大きさBを使うと、電磁力の大きさFは F=IBℓ となります。ただし、この公式は 電流Iと外部磁場Hのなす角が垂直 だと仮定した場合です。実際には、 電流Iと外部磁場Hのなす角が垂直でない場合 もありますよね?

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もし、 電流Iと外部磁場Hのなす角が垂直でない場合 は、電流Iをベクトル分解し、磁場(磁束密度)に対して垂直な成分 I を取り出しましょう。電磁力の大きさを表す一般式は次のようになります。

高校物理 電磁気41 ポイント3 クマさんのまとめ4−5行目 空欄埋める

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電磁力は電流I、磁束密度B、導線の長さℓに比例する ことをしっかり覚えておきましょう。

高校物理 電磁気41 ポイント3 全部

Suzuki

この授業の先生

鈴木 誠治 先生

知識ゼロからでもわかるようにと、イラストや図をふんだんに使い、難解な物理を徹底的にわかりやすく解きほぐして伝える。

電磁力の大きさ
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