教科書(物理) 例題12:電流が磁場から受ける力

解法

直感的理解

電流と磁場が斜めに交わるとき、力の大きさは「磁場に垂直な電流成分」で決まります。\(\sin 30° = 0.5\) なので、垂直の場合の半分の力になります。力の向きは電流と磁場の両方に垂直で、フレミングの左手の法則で求めます。

Step 1:力の向きを求める

フレミングの左手の法則で:

Step 2:力の大きさを求める

電流と磁場のなす角は \(\theta = 30°\) なので:

$$F = BIl\sin\theta = 2.0 \times 10^{-2} \times 3.0 \times 0.10 \times \sin 30°$$ $$= 2.0 \times 10^{-2} \times 3.0 \times 0.10 \times 0.5$$ $$= 3.0 \times 10^{-4} \text{ N}$$
答え
向き:紙面に垂直で裏から表の向き
大きさ:\(F = 3.0 \times 10^{-4}\) N
💡 なぜ sin を使うのか

\(F = BIl\sin\theta\) の \(\sin\theta\) は、電流のうち磁場に垂直な成分の割合を表します。

電流 \(I\) を磁場に平行な成分(\(I\cos\theta\))と垂直な成分(\(I\sin\theta\))に分解すると、力を生むのは垂直な成分だけです。平行な成分は磁場と同じ向きなので力を受けません。

Point

\(F = BIl\sin\theta\) の \(\theta\) は電流と磁場のなす角です。\(\sin\) を \(\cos\) と間違えないよう注意。力の向きは必ずフレミングの左手の法則で確認しましょう。