基本例題84 磁場の合成

点Cにおける合成磁場

直感的理解
2本の導線が同じ方向の磁場をつくる場所では磁場が強め合い、逆方向の場所では打ち消し合います。点Cでは、AとBの電流が逆向きなので、磁場の向きが同じ(両方下向き)か反対かを右ねじの法則で判断することが大切です。

設定:A, Bは一直線上に$2.0 \times 10^{-2}$ m間隔。Aは紙面の裏から表、Bは表から裏に$I_1 = I_2 = 6.28$ A。点CはBから$2.0 \times 10^{-2}$ m右。

Aによる磁場 $H_1$:Cとの距離 $r_1 = 4.0 \times 10^{-2}$ m

$$H_1 = \frac{I_1}{2\pi r_1} = \frac{6.28}{2\pi \times 4.0 \times 10^{-2}} = \frac{6.28}{0.2513} = 25.0 \text{ A/m}$$

右ねじの法則より、$\vec{H}_1$ は紙面に沿って下向き

Bによる磁場 $H_2$:Cとの距離 $r_2 = 2.0 \times 10^{-2}$ m

$$H_2 = \frac{I_2}{2\pi r_2} = \frac{6.28}{2\pi \times 2.0 \times 10^{-2}} = \frac{6.28}{0.1257} = 50.0 \text{ A/m}$$

右ねじの法則より、$\vec{H}_2$ は紙面に沿って上向き(Bは紙面の表→裏なので、Cの位置では磁場は上向き)。

合成磁場:$\vec{H}_1$(下向き)と $\vec{H}_2$(上向き)は逆向きなので:

$$H = |H_2 - H_1| = |50.0 - 25.0| = 25.0 \text{ A/m}$$

$H_2 > H_1$ なので、合成磁場は $\vec{H}_2$ の向き(上向き)。

答え:
$$H = 25 \text{ A/m, 紙面に沿って上向き}$$
補足:右ねじの法則

直線電流がつくる磁場の向きは右ねじの法則で求めます。電流の向きに右ねじを回すと、ねじの進む向きが磁場の向きです。

Point

複数の電流がつくる磁場は、各電流の磁場をベクトルとして合成する。向きは必ず右ねじの法則で確認する。