磁力と双極子

磁場は、移動する電荷や電流に力を及ぼし、磁気双極子を整列させるトルクを発生させます。

Definition

磁力とは、移動する電荷や電流に作用するローレンツ力の速度依存部分です。磁気双極子は、その双極子モーメントによって特徴づけられ、場に整列しようとするトルクと、不均一な場においては力を受けます。

Scope

このトピックでは、移動する電荷に対するローレンツ力の磁気的部分、電流が流れる導体にかかる力とトルク、磁気双極子モーメントとその場におけるエネルギー、力、トルク、および双極子によって生成される場について扱います。磁力が仕事をしない理由や、遠方にある電流ループに対する双極子近似も含まれます。

Core questions

• 磁場はどのようにして移動する電荷や電流が流れるワイヤーを偏向させるのでしょうか？
• なぜ磁力は点電荷に対して仕事をしないのでしょうか？
• 磁気双極子は均一な場と不均一な場にどのように応答するのでしょうか？

Key concepts

• ローレンツ力
• サイクロトロン運動
• 電流にかかる力
• 磁気双極子モーメント
• 双極子にかかるトルク
• 双極子場

Key theories

ローレンツ力（磁気的部分）

磁場中を移動する電荷は、その速度と磁場の両方に垂直な力を受け、円運動またはらせん運動を引き起こします。この力は常に速度に垂直であるため、磁力は仕事をしません。

場の中の磁気双極子

電流ループは磁気双極子として振る舞い、場に整列しようとするトルクと、不均一な場においては正味の力を受けます。その遠方場は普遍的な双極子形式をとります。

Clinical relevance

磁力は、電動モーター、質量分析計、サイクロトロン、ホール効果センサーを駆動し、磁気双極子相互作用は、方位磁石の挙動、磁気共鳴、磁性材料の整列の根底にあります。

History

アンペールは1820年代に電流間の力を記述し、磁気を循環電流に起因するものとしてモデル化しました。電荷にかかる速度依存の力は、1900年頃にローレンツによって明確にされ、後にローレンツ力と名付けられる古典的な描像が完成しました。

Key figures

• Hendrik Lorentz
• André-Marie Ampère
• Michael Faraday

Seminal works

• jackson1998
• griffiths2017

Frequently asked questions

なぜ磁力は仕事をしないのですか？

電荷にかかる磁力は常にその速度に垂直であるため、運動の方向は変えますが、速さは変えず、したがって電荷にエネルギーを伝達することはありません。

磁気双極子モーメントとは何ですか？

これは小さな電流ループや磁石を特徴づけるベクトルであり、ループの場合には電流とループ面積の積に等しくなります。これは、物体が場の中で受けるトルクと、それが生成する双極子場の強さを決定します。