磁石と電流の問題

質問

中学理科のU字型の永久磁石とそれにはさまれた１本の導線の問題です。
○磁石の磁力線はＮからＳへ向く
○導線による磁力線は電流の向き(＋→－)による右ネジ法則で分かる。
○導線の周りで上記２つの磁力線が同じ方向を向くかどうかを調べる。
○磁力線が同じ向き、逆向きの領域が分かったら同じ向き側から逆向き側に力が導線に対して作用する。
以上の理解でよいでしょうか。あちこちになぜと問いたいところがありますが。この解法はある種の決まりを次々に継ぎ足していった結果であるからです。（←これはここでのメインの問題ではありませんが。）
ここでのメインの問題は以下のことです。
１．Ｎ極とＳ極の間の引力・斥力を磁力線で説明するとどうなるでしょうか。
２．方位磁針が南北を向くことは方位磁針のＮと書いてある方がＳ極だからということでしょうか。そうすると、そうなる理由は１番の問題と同じになります。
３．方位磁針と平行に置かれた導線があります（方位磁針は南北を指すので導線も南北方向に向いている）。これに電流を通すと磁力線が発生し、方位磁針の磁力線との関係で方位磁針の針が振れると思います。その振れ方とその理由の説明（冒頭で述べたような磁石と電流のような説明）が分からないのですが。あるいは全く別の理解の方法があるのでしょうか。
よろしくお願いします。

回答No.1

shintaro-2 · ベストアンサー

>U字型の永久磁石とそれにはさまれた１本の導線の問題です。

質問とは違うようなきもしますが、こちらから。

Ｎ

◎←導線を電流が紙面裏から表に流れる

Ｓ　ということでしょうか？

右ネジの法則なので
　←
↓◎↑
　→　となります。

導線の左側と磁界の向きが同じなので、
導線の左側で磁力が強まり、
右側で弱まります。
磁力線が密なほうがエネルギーが高いので、均一になるように移動します。

＞１．Ｎ極とＳ極の間の引力・斥力を磁力線で説明するとどうなるでしょうか。

引力については、磁力線が短くなろうとするから。
斥力については、お互いから出た磁力線がなるべくまっすぐ進みたいから。少なくとも、磁石の表面からは垂直に出ます。

＞２．方位磁針が南北を向くことは方位磁針のＮと書いてある方がＳ極だからということでしょうか。そうすると、そうなる理由は１番の問題と同じになります。

そういうことです。

＞３．方位磁針と平行に置かれた導線があります（方位磁針は南北を指すので導線も南北方向に向いている）。これに電流を通すと磁力線が発生し、方位磁針の磁力線との関係で方位磁針の針が振れると思います。その振れ方とその理由の説明（冒頭で述べたような磁石と電流のような説明）が分からないのですが。あるいは全く別の理解の方法があるのでしょうか。

電流　　----→
　　　　Ｎ 　　　 Ｓ　という関係だとしたら、
磁石のＮ極の上では、○×（紙面の表から裏に向かう向き）
　　　Ｓ極の上では、◎という磁力線の向きになります。

磁力線の矢印の先にはＳ極が、
磁力線の矢印の根元にはＮ極があるのと同じですから、
磁石は上から（磁石は導線の下）見ると、右に回転することとなります。

お礼

回答まことにありがとうございました。
導線と磁石を平行に置くという場合、上下におく場合と水平に置く場合で結果が異なるように思います。方位磁針の動きが平面的なので置き方にも依存するわけですね。