磁場

磁場（じば、英語: Magnetic field）は、電気的現象・磁気的現象を記述するための物理的概念であり、電流が作り出す場として定義される。工学分野では、磁界（じかい）ということもある。

単に磁場と言った場合は磁束密度Bもしくは、「磁場」Hのどちらかを指すものとして用いられるが、どちらを指しているのかは文脈により、また、どちらの解釈としても問題ない場合も多い。後述のとおりBとHは一定の関係にあるが、BとHの単位は国際単位系（SI）でそれぞれWb/m², A/m であり、次元も異なる独立した二つの物理量である。Hの単位はN/Wbで表すこともある。なお、CGS単位系における、磁場 Hの単位は、Oeである。この項では一般的な磁場の性質を扱うこととする。

磁場は、空間の各点で向きと大きさを持つ物理量（ベクトル場）であり、電流によって形成される。磁場の大きさは、+1のN極が受ける力の大きさで表される。磁場を図示する場合、N極からS極向きに磁力線の矢印を描く。

小学校などの理科の授業では、砂鉄が磁石の周りを囲むように引きつけられる現象をもって、磁場の存在を教える。このことから、磁場の影響を受けるのは鉄だけであると思われがちだが、強力な磁場の中では、様々な物質が影響を受けることが分かっている。最近では、磁場や電場（電磁場、電磁波）が生物に与える影響について関心が寄せられている。

定義

磁界の強さ（計量法の(物象の状態の量)の名称）、磁界強度^[1] magnetic field strength^[2]
量記号	H
次元	L⁻¹ I
種類	ベクトル
SI単位	A/m 、SI組立単位
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磁場 H の定義にはいくつかの流儀がある。E-B対応とE-H対応

現在の最も広く用いられている定義は、アンペールの法則或いはビオ・サバールの法則による定義である。

微小な長さの電流要素 I dl によって r 離れた位置に作られる微小な磁場 dH は

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

最も簡単な定義は無限に長い棒磁石に作用する力によって定義される。

E-H対応では、q_mの磁荷に大きさ F の力を及ぼす磁場 H は次式で表される。

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

棒磁石はS極の影響を無視できるほど長く、さらに棒磁石内のミクロな磁気双極子が無視できるほどの太さを持つとする。この定義は具体的な測定法に基づいているため分かりやすいが、S極を無視できる条件が自明でないため理論的には扱いにくい。

磁場の満たすべき関係式

磁場 H はマクスウェルの方程式中では、

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

として現れる。ここで D は電束密度、j は電流密度である。

右辺第二項の D の時間微分の項は変位電流あるいは電束電流と呼ばれ、マクスウェルによって電荷の保存則(連続の方程式)を満たすように付け加えられた。この項から電磁波の放射などが導かれる。

導体中で電磁場の時間変動が激しくない場合はこの項を無視できるので、

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

の形となる。

積分形で書くと、

\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と呼ばれるものであり、磁場 H はこの方程式を満たす量として定義される。

磁束密度と磁場の関係

磁場 H は電流によって生み出される場であり、磁束密度 B は電流に力を及ぼす場である。H と B の関係は媒質の構成方程式により次のようになる。

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

ここで、

$\mu _{0}$	: 真空の透磁率
${\boldsymbol {M}}$	: 磁化

である。

詳細は「磁化」を参照

脚注

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^ 国際単位系（SI）第9版（2019）日本語版産業技術総合研究所、計量標準総合センター、p.108 表5、2020年4月
^ The International System of Units BIPM, p.139, Table 5

外部リンク

『(磁場)』 - コトバンク

[1] 国際単位系（SI）第9版（2019）日本語版産業技術総合研究所、計量標準総合センター、p.108 表5、2020年4月

[2] The International System of Units BIPM, p.139, Table 5

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目次

定義

磁場の満たすべき関係式

磁束密度と磁場の関係

脚注

関連項目

外部リンク