高校物理 電流が作る磁場の強さ

電流の周りの磁場の強さの公式についての質問です。
直線電流の場合：H=I/2πr
コイルに流れる電流の場合：H=I/2r
これらは周りの空間に関係なく成り立つという定義でしょうか？
例えば真空中なのか、空気中なのか、水中なのかによっては関係ないと
考えていいでしょうか？

点電荷の周りの電場の強さは(1/4πε)Q/r^2とεが含まれるため周りの物質・空間
によって変わることになりますよね？

磁場は周りの物質・空間に無関係で電場の方は関係があるということなら
それについて磁場と電場で対称性がないことになりますが、そういうことでいいのでしょうか？

よろしくお願いいたします。

No.5 回答者： tknakamuri 回答日時： 2018/03/27 21:22

すいません。

AN04は回答先間違えました。申し訳ない。

No.4 回答者： tknakamuri 回答日時： 2018/03/27 18:58

う~ん、電流をうんぬんの前に、水の流量と水の速さの区別をまず学ぶのが

先では?

電流と対応するのは速さではなくて流量。

環状の水路なら、何処でも流量は同じ。電流もそうなります。

No.3 回答者： tknakamuri 回答日時： 2018/03/27 08:27

混乱させるかも知れないけど

磁場の源を磁荷ではなく電流とすると、対称性は無くなります。

電荷→電束→÷誘電率→電場
電流→磁場→X透磁率→磁束

物理的イメージとしては
電荷→電束→電気双極子の誘導→電場が弱められる
電流→磁場→磁気双極子の誘導→磁束が強められる

双極子の内部場の向きが電気と磁気では逆なので
こういうことがおきます。
磁気双極子は磁荷のペアではなく、微小な環状電流だからです。

面白いですよね。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました！

お礼日時：2018/03/28 01:53

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2018/03/26 19:59

No.1です。

＞教科書ではBは磁束密度、Hは磁場の強さとなっています。
＞なのでB(r) = μ0･I/2πrが磁場の大きさとするのは誤りではないですか？

No.1の最初に書いたように、日本語の表現ではなく、「物理量の定義」をしっかりとらえてください。
紛らわしいので、私も「磁場の大きさ」と書きましたよ。

＞例えばですけど、電流が流れているコイルの中に、鉄心が入っていようと入ってなかろうとも、コイル内部の磁場の強さHは同じと考えていいのでしょうか？

鉄心があろうがなかろうが、空間の「磁場」は同じです。
鉄心があれば、その内部を貫通する磁束密度は透磁率によって変わります。
No.1に参考サイトを載せてありますので、ご自分でじっくりと勉強してください。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました！

お礼日時：2018/03/27 07:27

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2018/03/26 16:45

これは、「物理量の定義」とか「単位のとり方」に関係します。

お示しの式では「H」は「磁場の強さ」という物理量（単位：A/m）で、「電荷」に対応する「磁荷」というものを仮定して、磁荷から受ける力で「磁場」の大きさを定義します。これは電荷から受ける力で「電場」（単位：V/m）の大きさを定義するのと同じです。
電場の場合にも、「クーロン定数」を使えば、クーロン力は
　F = k*Qq/r^2 = qE
で、電場の大きさは
　E = k*Q/r^2 (V/m)
で誘電率 ε は現れません。これを
　k = 1/(4パイε0)
と表したり、電場の大きさを「電束密度：D (C/m^2)」
　D = ε0･E
で表したりすることで、真空の誘電率 ε0 やそれに対する「比誘電率」が現れたり、物理量の中に隠れたします。

磁場の大きさを、「磁荷」を仮定せずに直接電流から求める場合には、「磁場の強さ：H」ではなく、「磁束密度：B」（単位：T または Wb/m^2）を使います。
　B = μ0･H　（μ0：真空の透磁率）
の関係になります。

今の高校物理では、H と B の関係をどこまで教えているのか分かりませんが、お示しの式は
・無限長の直線電流が作る磁場の大きさ：B(r) = μ0･I/2πr
・半径 a の円形のコイルに流れる電流が中心作る磁場の大きさ：B = μ0･I/2a
と書かれているのが一般的だと思います。

H と B の関係は、例えばこんなところを読んでみてください。
https://ja.wikipedia.org/wiki/E-B%E5%AF%BE%E5%BF …
http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/elec/jisoku/mi …

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。教科書ではBは磁束密度、Hは磁場の強さとなっています。
なのでB(r) = μ0･I/2πrが磁場の大きさとするのは誤りではないですか？

例えばですけど、電流が流れているコイルの中に、鉄心が入っていようと入ってなかろうとも、コイル内部の磁場の強さHは同じと考えていいのでしょうか？

お礼日時：2018/03/26 18:38