高校物理の範囲で質問です！

質問

図のように、長い直線導体Lと、端子a,bのついた長方形のコイルPQRSがある。
aとbの間隔はQRに比べて無視できる。
Lはz軸に重ねて固定してある。
コイルはyz面内にあって、PS,QRが2軸と平行である。
また、Lにはz軸の正の向きに電流が流れている。

　コイルの端子a,bを直流電源につないで、コイルにRSPQの向きに電流を流した。
コイル全体の電流が磁界から受ける力の合力向きはどちら向きか。

という問題があり、答えはy軸の正の向きです。

これはどのように考えていくとこのようになるのでしょうか？

電磁気の範囲は苦手なため、詳しく教えていただけると嬉しいです。

お願いします。

回答No.1

agoraphobi · ベストアンサー

この問題にある「物理」は２つだけです：
１）直線電流はどのような磁場をつくるか？
２）磁場中を流れる電流はどのような力を受けるか？

この２点を教科書などを見てもう一度確認してみてください。

コメント

１）について
マックスウェル方程式のひとつ（rotB の式）から導かれるんですが、
高校では電場が時間変化しない場合の式が天下り的に教えられていると思います。

この場合、磁場の大きさは導線からの距離に反比例するので、SP部分とRQ部分にできる磁場の大きさは異なりますよね。
これがポイントです。一方、RS,PQ部分にはたらく力はキャンセルされるはずです。考えてみてください。

２）について
電流というのは電子の流れです。電子は負の電荷を持っているので電流とはが逆向きになりますが。
結果的に正の電荷が電子の流れと逆向きに流れているのと同じです。これが電流です。

運動する電荷にはからく力とういのはローレンツ力で与えられます。

右手の親指、人差し指、中指を互いに直角になるようにのばすと、
親指が（正）電荷の速度v、人差し指が磁場B、中指がローレンツ力Fの方向になります。
数式で書けば、
v × B = F
ここで×はベクトル積（または外積ともいう）です。

お礼

ありがとうございました(*^o^*)