磁場じば

磁場じば（じば、英語えいご: Magnetic field）は、電気でんき的てき現象げんしょう・磁性じせい的てき現象げんしょうを記述きじゅつするための物理ぶつり的てき概念がいねんであり、電流でんりゅうが作つくり出だす場ばとして定義ていぎされる。工学こうがく分野ぶんやでは、磁界じかい（じかい）ということもある。

単たんに磁場じばと言いった場合ばあいは磁束じそく密度みつどBもしくは、「磁場じば」Hのどちらかを指さすものとして用もちいられるが、どちらを指さしているのかは文脈ぶんみゃくにより、また、どちらの解釈かいしゃくとしても問題もんだいない場合ばあいも多おおい。後述こうじゅつのとおりBとHは一定いっていの関係かんけいにあるが、BとHの単位たんいは国際こくさい単位たんい系けい（SI）でそれぞれWb/m², A/m であり、次元じげんも異ことなる独立どくりつした二ふたつの物理ぶつり量りょうである。Hの単位たんいはN/Wbで表あらわすこともある。なお、CGS単位たんい系けいにおける、磁場じば Hの単位たんいは、Oeである。 この項こうでは一般いっぱん的てきな磁場じばの性質せいしつを扱あつかうこととする。

磁場じばは、空間くうかんの各かく点てんで向むきと大おおきさを持もつ物理ぶつり量りょう（ベクトル場じょう）であり、電流でんりゅうによって形成けいせいされる。磁場じばの大おおきさは、+1の磁荷（実在じつざいしない、単独たんどくの N 極ごく）が受うける力ちからの大おおきさで表あらわされる。磁場じばを図示ずしする場合ばあい、N 極きょくから S 極きょくへ向むかう磁力じりょく線せんで表あらわす。

小学校しょうがっこうなどの理科りかの授業じゅぎょうでは、砂鉄さてつが磁石じしゃくの周まわりを囲かこむように引ひきつけられる現象げんしょうをもって、磁場じばの存在そんざいを教おしえる。このことから、磁場じばの影響えいきょうを受うけるのは鉄てつだけであると思おもわれがちだが、強力きょうりょくな磁場じばの中なかでは、様々さまざまな物質ぶっしつが影響えいきょうを受うけることが分わかっている。最近さいきんでは、磁場じばや電場でんじょう（電磁場でんじば、電磁波でんじは）が生物せいぶつに与あたえる影響えいきょうについて関心かんしんが寄よせられている。

磁荷が見みつかっていない現状げんじょうでは磁場じばの源みなもとは電流でんりゅうまたは磁気じきモーメントである。特とくに電流でんりゅうによって生しょうじる磁気じきの作用さようは電荷でんかによる相対そうたい論ろん的てき効果こうかと考かんがえられている。

定義ていぎ

磁界じかいの強つよさ（計量けいりょう法ほうの物象ぶっしょうの状態じょうたいの量りょうの名称めいしょう）、磁界じかい強度きょうど magnetic field strength
量りょう記号きごう	H
次元じげん	L−1 I
種類しゅるい	ベクトル
SI単位たんい	A/m 、SI組立くみたて単位たんい

現状げんじょうでは電荷でんか無なしで磁荷のみを有ゆうする物質ぶっしつは見みつかっておらず、磁場じばの源みなもとは電流でんりゅうもしくは電気でんきスピンである。また電流でんりゅうの周まわりの磁気じきの効果こうかは電荷でんかの相対そうたい論ろん的てき効果こうかと考かんがえられ、ローレンツ収縮しゅうしゅくによる電荷でんか密度みつどが変化へんかしたときの電気でんき作用さようによって説明せつめいがつく場合ばあいがある 。

磁場じば H の定義ていぎにはいくつかの流儀りゅうぎがある。（E-B対応たいおうとE-H対応たいおうを参照さんしょう）

電流でんりゅうから与あたえる定義ていぎ

現在げんざいは、磁場じばの源みなもとは電流でんりゅうのみとし磁荷を考かんがえないことが通常つうじょうである。したがってアンペール則そくやビオ・サバール則そくに基もとづく定義ていぎが広ひろく用もちいられる。

微小びしょうな長ながさの電流でんりゅう要素ようそ I dl によって r 離はなれた位置いちに作つくられる微小びしょうな磁場じば dH は

$\mathrm {d} {\boldsymbol {H}}={\frac {I\mathrm {d} {\boldsymbol {l}}\times {\boldsymbol {r}}}{4\pi r^{3}}}$

磁荷に則のっとる定義ていぎ

最もっとも簡単かんたんな定義ていぎは無限むげんに長ながい棒ぼう磁石じしゃくに作用さようする力ちからから導みちびかれる。（E-H対応たいおう）

q_mの磁荷に大おおきさ F の力ちからを及およぼす磁場じば H は次つぎ式しきで表あらわされる。

${\boldsymbol {F}}=q_{m}{\boldsymbol {H}}$

棒ぼう磁石じしゃくはS極きょくの影響えいきょうを無視むしできるほど長ながく、さらに棒ぼう磁石じしゃく内ないのミクロな磁気じき双極そうきょく子こが無視むしできるほどの太ふとさを持もつとする。この定義ていぎは具体ぐたい的てきな測定そくてい法ほうに基もとづいているため利用りようしやすいが、S極きょくを無視むしできる条件じょうけんが自明じめいでないため理論りろん的てきには扱あつかいにくい。

ベクトルポテンシャル

任意にんいの磁場じばBについて、それを導みちびくベクトルポテンシャルAを定義ていぎできる。

${\boldsymbol {B}}=\nabla \times {\boldsymbol {A}}$

分野ぶんや領域りょういきによってはこういった電磁でんじポテンシャルがもっぱら用もちいられる。

磁場じばの満みたす関係かんけい式しき

電流でんりゅうと磁場じばの関係かんけい

磁場じば H はマクスウェルの方程式ほうていしき中なかで、

$\operatorname {rot} {\boldsymbol {H}}={\boldsymbol {j}}+{\frac {\partial {\boldsymbol {D}}}{\partial t}}$

とされる。ここで D は電でん束たば密度みつど、j は電流でんりゅう密度みつどである。

右辺うへん第だい2項こうの電流でんりゅうの時間じかん変動へんどうは、変位へんい電流でんりゅうあるいは電でん束たば電流でんりゅうと呼よばれ、マクスウェルによって電荷でんか保存ほぞん則そく(連続れんぞくの方程式ほうていしき)を満みたすように付つけ加くわえられた。この項こうから電磁波でんじはの放射ほうしゃなどが導みちびかれる。

導体どうたい中ちゅうで電磁場でんじばの時間じかん変動へんどうが激はげしくない場合ばあいにはこの項こうを無視むしして

$\operatorname {rot} {\boldsymbol {H}}={\boldsymbol {j}}$

とする場合ばあいがある。

積分せきぶん形がたで書かくと、

$\oint _{C}{\boldsymbol {H}}\cdot \mathrm {d} {\boldsymbol {l}}=\int _{S}{\boldsymbol {j}}+{\frac {\partial {\boldsymbol {D}}}{\partial t}}\cdot \mathrm {d} {\boldsymbol {S}}$

これはアンペールの法則ほうそくと呼よばれる。

閉とじた曲線きょくせんの上うえに分布ぶんぷする磁場じばが、その曲線きょくせんの内側うちがわを通過つうかする電流でんりゅうの総量そうりょうと対応たいおうすることを意味いみする。

磁束じそく密度みつどと磁場じばの関係かんけい

磁場じば H は電流でんりゅうによって生うみ出だされる場ばであり、磁束じそく密度みつど B は電流でんりゅうに力ちからを及およぼす場ばである。H と B の関係かんけいは媒質ばいしつの構成こうせい方程式ほうていしきにより次つぎのようになる。

${\boldsymbol {H}}=\mu _{0}^{-1}{\boldsymbol {B}}-{\boldsymbol {M}}$

ここで、

$\mu _{0}$	: 真空しんくうの透とおる磁率
${\boldsymbol {M}}$	: 磁化じか

である。

詳細しょうさいは「磁化じか」を参照さんしょう

運動うんどうする電子でんし/点てん電荷でんかの周まわりの磁場じば

電子でんしはじめとする点てん状じょうの電荷でんかが運動うんどうするときに周まわりに磁場じばが生しょうじる。

速度そくどvで移動いどうする電荷でんかによってrの位置いちに生しょうじる磁場じばBは、その電荷でんかによって生しょうじる電界でんかいをEとすると、近似きんじ的てきに

${\boldsymbol {B}}({\boldsymbol {r}})={\frac {1}{c^{2}}}{\boldsymbol {v}}\times {\boldsymbol {E}}({\boldsymbol {r}})$

で表あらわされる。この式しきはv/cがゼロに近ちかいときに有効ゆうこうである。

厳密げんみつにはリエナール・ヴィーヘルト・ポテンシャルから導みちびかれる。※ただし量子りょうし論ろんの対象たいしょうとなる領域りょういきを除のぞく。同どうポテンシャルは電場でんじょうの伝播でんぱが光ひかり速度そくどとする特殊とくしゅ相対そうたい論ろんに則のっとるもので、電荷でんかの移動いどうによる静せい電場でんじょうからのずれや、電荷でんかが加速かそくする際さいの電磁波でんじはの放出ほうしゅつを包含ほうがんする。

関連かんれん項目こうもく

• アンペールの法則ほうそく
• ビオ・サバールの法則ほうそく
• クーロンの法則ほうそく
• 電場でんじょうの強つよさ(E)、磁束じそく密度みつど(B)、電でん束たば密度みつど(D)
• E-B対応たいおうとE-H対応たいおう
• 地磁気ちじき
• ホール素子もとこ
• SQUID
• ファラデー効果こうか
• 磁気じき光学こうがくカー効果こうか
• マクスウェルの方程式ほうていしき
• ローレンツ力つとむ
• フレミングの法則ほうそく
• 静せい磁場じば
• 核かく磁気じき共鳴きょうめい画像がぞう法ほう（MRI）

外部がいぶリンク

• 『磁場じば』 - コトバンク