電流、電荷、磁場、磁力

電流、電荷、磁場、磁力に関する資料

1819年、デンマークの科学者ハンス・クリスチャン・エルステッド(1777年~1851年)は、磁気と電流、すなわち電荷の移動との関係を発見した。彼は、方位磁針が電流が流れる導線の近くにあると偏向すること、そして電流が流れていないときは北を指すことを発見した。

方位磁針は磁石なので、磁力によって動かすことができます。では、磁力(F)はどこから来るのでしょうか?方位磁針の近くには電流が流れる導線があるので、その電流が磁力を生み出しているはずです。

電流、電荷、磁場、磁力 - 1右側の画像を見てください。右手の法則を使って、電流の方向と磁場の方向を判断してください。電流(I)が上向きに流れる場合、磁場(B)の方向は左側の画像のようになります。逆に、電流が下向きに流れる場合、磁場の方向は右側の画像のようになります。

磁場は電流が流れる導線に力を及ぼす。

電流、電荷、磁場、磁力 - 2電流は磁気コンパスの針に力を及ぼすことができる。では、磁石も電流に力を及ぼすことができるだろうか?

磁石の北極と南極の間に電流が流れる導線があるとします。北極から南極に向かう矢印は磁場の方向を示しています。赤い矢印は電流(I)の方向を示し、青い矢印は磁力(F)の方向を示しています。

電流、電荷、磁場、磁力 - 3磁力Fの方向は、電流Iの方向と磁場Bの方向とに垂直です。右手の法則を用いて、電流の方向、磁場の方向、および磁力の方向を求めなさい。

以下の式は、磁力、電流、磁場の関係を表しています。

F = BI l sin θ

Fは磁力の記号、Bは磁場の記号、Iは電流の記号、lは磁場中の導線の長さの記号です。

θは電流の方向と磁場の方向との間の角度です。電流が磁場に垂直(90 °)の場合、sin 90の値は1となり、式はF = BI lに変わります。逆に、電流が磁場に平行(0 °)の場合、sin 0の値は0となり、磁力は0になります。

磁場を計算するには、上記の式を次のように変更します。B = F / I l。

磁力の国際単位はニュートン(略称 N)、磁場の国際単位はテスラ(略称 T)です。テスラは、セルビア系アメリカ人の発明家であり物理学者であるニコラ・テスラ(1856-1943)に由来します。上記の磁場の式に基づくと、磁場はニュートン毎アンペアメートル(N/A m)の単位でも表すことができます。テスラの他に、磁場はガウス(G)の単位でも表されます。ガウスは、ドイツの数学者、天文学者、物理学者であるヨハン・カール・フリードリヒ・ガウス(1777-1855)に由来します。1 G = 10 -4 T。

磁場中を移動する電荷に働く磁力

磁場は電流が流れる導線に磁力を及ぼすことができる。電流は移動する電荷であるため、磁場は導線だけでなく、自由に移動する電荷にも磁力を及ぼすことができる。

磁場中を移動する電荷に働く磁力を計算する式は、以前の磁力の式F = BI l sin θから導き出されます。I = q/t および l = vt であるため、磁力の式は次のように変わります。

電流、電荷、磁場、磁力 - 4

数式の説明: F = 磁力、 B = 磁場、 q = 電荷、 v = 荷物の移動速度、 θ = 間の角度 v ダン B

ジカ v 垂直に B マカ θ= 90o 、ここで sin 90o = 1. 一方、 v に平行に B マカ θ= 0o、ここで sin 0o = 0。したがって、磁力は のときに最大値をとります。 v 垂直に B そして磁力はゼロになるのは v に平行に B.

磁力Fの方向は磁場Bに垂直であり、電荷の速度vにも垂直である。

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