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磁場と磁束密度は違いとは?【約9割の受験生が知らない落とし穴】


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悩んでる人

磁場と磁束密度は、学校で同じものと教わったのですが、違うのですか?

確かに、似たものではあるけれど、完全に同じものではないから注意だね!

塾長

ある参考書には、『磁場と磁束密度は同じものだと思ってもよい』という説明がありますが、『同じなら2つも名前いらなくない?』って思いますよね。

磁場と磁束密度の2つには、明確な違いがありますので、今回は磁場と磁束密度の違いについて説明していきます。

前回の記事は【高校物理】回路問題で立てる式はたった3本【回路方程式の解き方を解説】を参考にどうぞ。

磁束密度は磁場が強められたもの

結論から話すと、磁束密度とは磁場が強められたものです!

悩んでる人

磁場って強めることができるのですか?!

できるよ!小学生のときに電磁石って作ったことないかな?電磁石の磁力を強めたいときには、鉄心を入れたりして、磁力を強めたよね!

塾長

つまり、磁力というのは、磁場が発生する環境によって強さが変わるのです!

その変化の割合を、透磁率\(\mu\) で表し、磁場と磁束密度には以下のような関係式が成り立ちます。

磁場と磁束密度の関係

$$\vec{B}=\mu \vec{H}$$\(\mu\) を透磁率といい、その大きさは周囲を満たす物質によって決まる

磁場も磁束密度もベクトルで表す

磁場も磁束密度もベクトルなんですね!

そうだね!磁場も電場と同じように向きがあるから、方向に注意する必要があるよ!

塾長

磁場は、N極からでてS極に入るので、向きが当然あります!

『ベクトルで表す』といわれると、なんか難しく感じますが、要は『磁場と磁束密度には向きがある』ということを覚えておけば大丈夫です!

【疑問】どうして磁束密度という名前なのか

悩んでる人

磁場は、電場みたいなものって何となくわかりますが、どうして強められると磁束密度という名前になるのですか?

名前の疑問だね?それは、磁場の定義を確認すればはっきりわかるよ!

塾長

確かに、磁場を空間が強めると、磁束密度という名前になるのは不思議ですよね。

いきなり、『密度』という言葉が出てきて、どういうこと?ってなる人が多いのですが、ここで一度電場の範囲を復習しましょう。

電場とは\(1m^2\)あたりの電気力線の密度だった!

電場は、+1[C]が移動した軌跡である電気力線を使って、下のようにあらわすことができました!

ガウスの法則

\(1m^2\)あたりの電気力線の本数=その点の電場の強さ

※この内容を知らなかった人は、【電気力線は+1[C]の動いた道筋だった?!ガウスの法則につながる電気力線の話】をご覧ください。

つまり、電場は『\(1m^2\)あたりの電気力線の密度ということです。

磁場は、\(1m^2\)あたりの磁力線の密度!

磁場は、電界における電場のようなものなので、実は磁場も電場と同じような表現で表すことができます!

つまり、磁場『\(1m^2\)あたりの磁力線本数』ということができるのです!

ポイント

電場・・・\(1m^2\)あたりの電気力線本数(電気力線密度

磁場・・・\(1m^2\)あたりの磁力線本数(磁力線密度

あ!磁場って磁力線密度とも言えるんですね!

磁場も電場と同じように考えられるから、意味としてはそうなるね!そしたらもう、なんで磁束密度って言うか分かるよね?

塾長

磁束密度の言葉の意味

磁場と磁束密度の関係は、以下の通りでしたね!

$$\vec{B}=\mu \vec{H}$$

さて、磁場\(\vec{H}\)は磁力線密度という名前だったので、それが空間によって強められると、磁力線はになって強くなります。

だから、磁場を強めると『磁密度』という名前になるのです!

ポイント

電場・・・\(1m^2\)あたりの電気力線本数(電気力線密度

磁場・・・\(1m^2\)あたりの磁線本数(磁力線密度

磁束密度・・・\(1m^2\)あたりの磁線本数(磁束線密度

これで、『どうして磁束密度という名前になるのか』スッキリしました!

まとめ:磁場と磁束密度の違いを理解して周りの受験生と差をつけよう!

今回は、磁場と磁束密度の違いについて説明しました!

さらに、『どうして磁束密度という名前になるのか』ということも紹介してきました。

まとめると、以下のようになります!

まとめ

1.磁束密度とは、空間によって磁場が強められたもの

2.磁場は、磁力線密度のことで、それを強めると磁束密度になる

磁束密度という名前は変わったネーミングですが、磁場のそもそもの意味を理解していれば、どうしてそういう名前になるのか理解できます。

小さなことですが、言葉の定義や意味を理解することは、物理の偏差値を上げるのに非常に重要ですので、しっかりと覚えておきましょう!

今回は以上です。

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しばけん

現役時代センター試験60点台。浪人中予備校に通い神授業に出会う。旧帝大模試で物理偏差値65を叩き出し、その経験を活かして現在は塾で中学生や高校生に数学や物理を指導中。

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