点 P は 2 本の導線 A・B の中点の真上(高さ \(d\))にあります。A・B は同じ向き(紙面の裏から表)の電流なので、右ねじの法則で磁場は両方とも反時計回りに巻きます。P で見ると、A がつくる磁場 \(H_A\) は左上向き、B がつくる磁場 \(H_B\) は左下向き。上下(鉛直)成分は逆向きで打ち消し合い、左右(水平)成分は同じ向きで足し合わさります。だから合成磁場は水平(A の側=左向き)になります。
Step 1:各電流が P につくる磁場の大きさ
点 P は AB の中点の真上、高さ \(d\) の位置にあります。三平方の定理より A・B から P までの距離はどちらも
$$\mathrm{AP} = \mathrm{BP} = \sqrt{d^2 + d^2} = \sqrt{2}\,d$$直線電流の公式 \(H = \dfrac{I}{2\pi r}\) に \(r = \sqrt{2}\,d\) を代入すると、A・B が P につくる磁場の大きさは等しく、これを \(H_0\) とおくと:
$$H_0 = \frac{I}{2\pi \cdot \sqrt{2}\,d} = \frac{I}{2\sqrt{2}\,\pi d}$$Step 2:右ねじの法則で向きを決める
A・B の電流はともに紙面の裏から表向き。右ねじの法則で磁場は反時計回りに巻くので、P では \(H_A\) は左上向き、\(H_B\) は左下向きになります。\(\angle\mathrm{PAB} = \theta\) とおくと、直角二等辺三角形なので \(\theta = 45^\circ\)、すなわち \(\cos\theta = \dfrac{1}{\sqrt{2}}\)。
Step 3:ベクトル合成(鉛直成分は打ち消し・水平成分が加算)
\(H_A\) と \(H_B\) の鉛直成分は逆向きなので打ち消し合い、水平成分(\(H_0\cos\theta\))は同じ向きなので 2 つ分が加算されます:
$$H = 2\,H_0\cos\theta = 2 \times \frac{I}{2\sqrt{2}\,\pi d} \times \frac{1}{\sqrt{2}} = \frac{2I}{2 \cdot 2 \cdot \pi d} = \frac{I}{2\pi d}$$向きは水平で、A の側(図では左向き)です。
\(I = 6.0\) A、\(d = 3.0\ \text{cm} = 0.030\ \text{m}\) を答えの式に代入します:
$$H = \frac{I}{2\pi d} = \frac{6.0}{2 \times 3.14 \times 0.030} = \frac{6.0}{0.188} \fallingdotseq 32\ \text{A/m}$$参考までに、もし「同じ向きだから単純加算」と誤解すると \(H = \dfrac{I}{\pi d} = 64\) A/m と2 倍の誤った値になってしまいます。幾何(\(\cos\theta\) と成分の打ち消し)を正しく扱うことが大切です。
同じ向きの平行電流では、右ねじの法則で磁力線はどちらも反時計回り。P(中点の真上)から見ると、A は左下にあるので \(H_A\) は「左上」を向き、B は右下にあるので \(H_B\) は「左下」を向きます。この 2 つは左右対称なので、上下成分がちょうど打ち消し合い、左右成分(ともに左向き)だけが残って 2 倍になります。3D 図をドラッグして、2 つの磁力線の円が P で交わり、その接線が \(H_A, H_B\) になっていることを確かめましょう。
もし P が「AB を結ぶ線分の中点」だった場合、\(H_A\) と \(H_B\) は完全に逆向きになり、同じ大きさなので打ち消し合って \(H = 0\) になります(同じ向きの平行電流の"間"では磁場が弱まる)。この例題の P は「中点の真上」なので状況が異なります。図の位置関係を正確に読み取ることが重要です。
2 本以上の電流がつくる磁場は、それぞれをベクトルとして合成します。① 各磁場の大きさ \(H=\dfrac{I}{2\pi r}\)(距離 \(r\) に注意)、② 右ねじの法則で向き、③ 成分に分けて合成、の 3 ステップ。対称な配置では「打ち消す成分」と「残る成分」を見抜くと計算が速くなります。