磁場と力

磁場と電荷との相互作用

磁場は荷電物体とどのように相互作用するのですか？ 電荷が静止している場合、相互作用はありません。 しかしながら、電荷が移動する場合、それは力を受け、その大きさは電荷の速度に正比例して増加する。 力は、電荷の運動方向および磁場の方向の両方に垂直な方向を有する。, 与えられた運動方向に対するそのような力には、二つの可能な正確に反対の方向があります。 この明らかなあいまいさは，二つの方向の一方が移動する正電荷上の力に適用され，他方の方向が移動する負電荷上の力に適用されるという事実によって解決される。 図3は、正電荷と負電荷が運動に垂直な磁場内を移動するときの磁力の方向を示しています。,

磁場に対する粒子速度の初期方位に応じて、均一な磁場中で一定の速度を有する電荷は、円形または螺旋状の経路をたどる。,

ワイヤ内の電流は磁場の唯一の源ではありません。 天然に存在する鉱物は磁気特性を示し、磁場を有する。 これらの磁場は、材料の原子中の電子の運動に起因する。 それらはまた、個々の電子の固有のスピンに関連する磁気双極子モーメントと呼ばれる電子の性質に起因する。 ほとんどの材料では、様々な構成原子のランダムな配向のために、物質の外側ではほとんどまたはまったく場が観察されない。, しかし、鉄のようないくつかの材料では、特定の距離内の原子は特定の方向に整列する傾向があります。

磁石は、家庭用冷蔵庫のおもちゃやペーパーホルダーとしての使用から、粒子を加速して光に近づく速度まで加速できる発電機や機械の必須部品まで、さまざまな用途があります。 技術における磁気の実用化は、モータのようなデバイスに電流を流す鉄などの強磁性材料を使用することによって大幅に強化されています。, これらの材料は、電流によって生成される磁場を増幅し、それによってより強力な磁場を作り出す。

電気効果と磁気効果は、多くの現象や用途でよく分離されていますが、急速な時間ゆらぎがある場合、それらは密接に結合されています。 ファラデーの誘導の法則は、時間変化する磁場がどのように電場を生成するかを記述する。 重要な実用化は発電機および変圧器を含んでいます。 発電機では、磁界の物理的な動きは力のための電気を作り出します。, 変圧器では、電力は、ある回路の磁場によって別の回路に電流を誘導することによって、ある電圧レベルから別の電圧レベルに変換される。

電磁波の存在は、電場と磁場の間の相互作用に依存する。 マクスウェルは、時変電場が磁場を生成すると仮定した。 彼の理論は、それぞれの時変場が他の場を生成する電磁波の存在を予測した。, 例えば、電波は、アンテナに急速に振動する電流を流す発振器として知られる電子回路によって生成され、急速に変化する磁場は、関連する変化する電 その結果、電波が宇宙に放出されます（電磁放射：電磁放射の生成を参照）。

多くの電磁デバイスは、導体および他の要素からなる回路によって記述することができる。 これらの回路は、懐中電灯のように安定した電流、または時間変化する電流で動作することがあります。, 回路における重要な要素としては、起電力と呼ばれる電力源、一定の電圧に対して電流の流れを制御する抵抗、電荷とエネルギーを一時的に蓄えるコンデンサ、限られた時間にわたって電気エネルギーを蓄えるインダクタなどがある。 これらの要素を持つ回路は代数で完全に記述することができます。 （トランジスタなどのより複雑な回路素子については、半導体デバイスと集積回路を参照してください）。,

電場Eと磁場Bのようなベクトル場に関連する二つの数学的量は、電磁現象を記述するのに有用である。 それらは、表面を通るそのような場のフラックスであり、経路に沿った場の線積分である。 サーフェスを通るフィールドのフラックスは、フィールドのどのくらいがサーフェスを通って浸透するかを測定します;サーフェスのすべての小さなセクションについて、フラックスはそのセクションの面積に比例し、セクションとフィールド, パスの小さなセクションごとに、そのセクションの長さに比例し、パスのそのセクションとフィールドのアライメントにも依存します。 フィールドがパスに垂直である場合、線積分への寄与はありません。 表面を通るＥとＢのフラックスと経路に沿ったこれらの場の線積分は電磁理論において重要な役割を果たす。, 例として、閉じた表面を通る電界Eの磁束は、その表面に含まれる電荷の量を測定するが、閉じた表面を通る磁界Bの磁束は、電荷が電場の源であるように磁場の源として作用する磁気単極（単一の極からなる電荷）が存在しないため、常にゼロである。