導線に電流を流すと同心円型の磁場が出来るのはなぜですか？

質問

中学の理科では導線に電流を流すと電流の進行方向に対して時計回りに同心円型の磁場が出来るのと習いましたが、これはなぜなのでしょうか？
これをフレミングの法則などで説明することは可能なのでしょうか？

また、これを表皮効果との関係もありましたら教えて下さい。

回答No.6

sanori · ベストアンサー

こんにちは。

その現象は、古典電磁気学だけで説明できます。
古典電磁気学のすべては、マクスウェルの４つの方程式で表されます。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%82%AF%E3%82%B9%E3%82%A6%E3%82%A7%E3%83%AB%E6%96%B9%E7%A8%8B%E5%BC%8F
このうち式２ｂが、ご質問の趣旨に該当します。
「∇×Ｈ」とは、ベクトル解析における、Ｈの「回転」を表します。
Ｈとｊの関係は垂直、つまり、円の中心（あるいは円柱の軸）と円周との関係と同じです。
ｊの周りにＨがぐるぐる発生するということです。

しかし、＃５様の回答の２行目に賛成です。
マクスウェル方程式は、実際に起こっている現象を「まとめた」だけであって、その理由を説明するものではないからです。

電磁気力は、この世（この宇宙）に存在している４つの力（４つの物理法則）のうちの１つです。

４つの力とは・・・
・重力
・電磁気力
・弱い相互作用（核力その１）
・強い相互作用（核力その２）
です。

下記リンクの、「プランク時代」から「電弱時代」までをご覧ください。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%87%E5%AE%99%E3%81%AE%E5%B9%B4%E8%A1%A8

また、下記は、インフレーション理論で有名な東大の佐藤先生の資料です。
７～９ページ、および、３２ページをご覧ください。
（ｐｄｆファイルです）
http://www.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/docs/kouen_satou.pdf

真空の相転移によって電磁気力（ほかの力もそうですが）が生れたのは、偶然の産物と考えるのが最も妥当でしょう。
（つまり、電磁気力だけではなく、この世の物理法則は根こそぎ違うものになっていた可能性もある、ということです。）

回答No.5

imoriimori

電流を流すとなぜ磁場ができるかについては、クーロンの法則と相対性理論とを受け入れれば説明可能です。（参考ＵＲＬ添付）
なぜ磁場が生じるかはフレミングの法則などでは説明できません、それらは磁場ができるのはなぜかということを度外視して、磁場はこう振る舞うという記述をするものですから。

なぜ同心円か：電流の左上だけに磁場ができるとか、真下だけとか、そういう変なパターンはありそうもないと思いませんか。重力で特徴付けられた空間をつい考えがちですが、電磁気現象は重力とは無関係。上下左右区別無し。空間の対称性からして、電流の回りに等方的な分布をするはずと考えると、同心円って自然ではないですか。クーロンの法則だって同心円的ですよね。場の向きが同心円に沿う方向、同心円に直交する方向という区別はありますが。

時計回りかどうか：これは人間が勝手に向きをそう決めただけ。反時計回りと定義しても構わない。電気の＋－とか電流の方向の定義とか、あるいは数学のベクトルの掛け算の向きの定義を連動して変えれば良いだけです。どこかの星の宇宙人は磁力線の向きの定義は地球人とは逆でしょう、きっと。

表皮効果：表皮効果と磁場の起源とか向きとかの間には関係ありません。電磁気現象ということで無関係ではないにしても。

スピン：磁場と電子のスピンとは関係ありますが、電流がなぜ磁場を作るかという話とスピンとは関係ないと思いますが。

参考URL：

http://questionbox.jp.msn.com/qa2784584.html?StatusCheck=ON

お礼

ありがとうございます。

電流を流すとなぜ磁場ができるかについて、相対論が絡んでいるということは初めて知りました。
これってどういった本に載っているのでしょうか？
もっと詳しい話題に関して触れられている書籍などがありましたら教えて下さい。

回答No.4

noname#72861

これまでのお答えを読ませていただいているうちに、
質問者さんの質問の中心はなんなのだろうかという疑問がわいてきました。
　電流を流すと磁場が生ずるのはなぜかをお尋ねですか？
　生ずる磁場が同心円型になるのはなぜかのお尋ねですか？
　その両方ですか？

お礼

一番知りたいのは、生ずる磁場が同心円型になるのはなぜかということです。
電流を流すと磁場が生ずるのは、ランダムな方向にスピンを持った荷電粒子（電子）が一斉に動くためではないのでしょうか？

回答No.3

ksugahar

アンペールの法則です。対象性から同心円になることは言えるのではないでしょうか？表皮効果は、関係ありません。

回答No.2

007MUKADE

引き続き・・・・
先ほどの ＵＲＬ は結構読み応えが有りました。
”高校生物理 ”の”ファラデーに関するページでしたが、参考文献等も書かれてました。

もう一つ上の ＨＴＭＬ http://keirinkan.com/kori/kori_physics/kori_physics_2/index.html
を参照されれば 調べる方向は 掴めると思います。
頑張って下さい。

回答No.1

007MUKADE

同じ様な現象で ”無線アンテナ ”での 電波の発生があります。
色々と説明は有るのですが 本当の ”メカニズム ”は未だに解明されて
ません。これが説明するには ”量子力学 ”等のより専門的な分野になります。
勉強して是非とも　解明して下さい。ノーベル賞ものですよ。

今は ”自然現象 ”で フレミング やファラデー の理論を 理解すので我慢して下さい。

５０年前に受けた ”電磁力学 ”の講座で 上記のように聞いた事が有ります。
そんなもんです・・・

参考URL：

http://www.keirinkan.com/kori/kori_physics/kori_physics_2/contents/ph-2/2-bu/2-4-1.htm

お礼

回答ありがとうございます。

ただ、私は物理が専門ではないので電磁気学は得意ではありませんが、量子力学、場の量子論的なことは勉強したうえで質問しています。

もう少し詳細な説明がありましたら、文献でも良いので教えて下さい。