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200 電 磁 波 動 く 磁 束 線 は 誘 導 電 場 を 生 み 出 し た . で は , 動 く 電 束 線 は 磁 場 を 生 み 出 さ な い か . こ の 問 に 答 え る こ と に よ っ て 電 磁 場 の 運 動 法 則 は す べ て 出 そ ろ う . そ れ は , マ ク ス ウ ェ ル 方 程 式 と し て ま と め あ げ ら れ る . こ の よ う に 整 理 し た 法 則 を 見 る と , 電 場 が 磁 場 を 生 み 磁 場 が 電 場 を 生 み な が ら 空 間 の 中 を 伝 わ っ て い く 電 磁 波 の 存 在 が 示 さ れ る . 電 磁 波 の エ ネ ル ギ , 運 動 量 , 発 生 に つ い て 簡 単 に 述 べ る こ と に し よ う . 最 後 に , 電 磁 場 と 相 対 性 理 論 と の 関 係 の 糸 口 が 述 べ ら れ た と こ ろ で , 電 磁 気 学 の 勉 強 は も , そ の こ と は わ れ わ れ が す で に 学 ん だ こ と の で は な い か ー - ー 実 は そ の と お り で あ る . し か 逆 に 電 束 線 が 運 動 す る と き に 磁 場 が 発 生 す る の れ る 大 事 な 結 論 で あ っ た . そ う で あ る な ら ば , 磁 束 線 が 運 動 す る と 誘 導 電 場 が 発 生 す る . こ の こ と が 電 磁 誘 導 現 象 か ら 導 か 7.1 電 束 線 の 運 動 と 磁 場 ひ と ま ず 終 り と な る . 新 . 5 で 電 流 素 片 が ビ オ ー ー サ バ ー ル の 公 式 中 に 含 ま れ て い る . に よ り 磁 場 を 作 る こ と を 学 ん だ . こ の 磁 場 は 電 流 素 片 の 中 を 運 動 し て い る 電 荷 が 作 る 磁 場 を 合 成 し た も の で あ る . 実 際 に , 真 空 中 を 運 動 す る 7 ー 1 図 電 束 密 度 の 運 動 と 磁 場

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静 磁 113 場 静 電 場 が 電 荷 に よ っ て 作 ら れ る の に 対 し て , 静 磁 場 は 磁 石 に よ っ て も , ま た 電 流 に よ っ て も 作 ら れ る . し か も , そ れ ぞ れ の 磁 場 に は 異 な る 特 徴 が あ る . ま ず , は じ め の 3 節 で 磁 石 に よ っ て 作 ら れ る 磁 場 に つ い て , 電 場 に な ら っ て 学 ば う . 磁 石 の 磁 場 の 要 素 と な っ て い る も の は , 電 子 の も っ ス ピ ン 磁 気 モ ー メ ン ト で あ る . 後 半 で は , 電 流 に よ る 磁 場 の 性 質 を 調 べ る . そ の 特 徴 は ア ン ペ ー ル の 法 則 と い う 新 し い 型 の 場 の 法 則 に ま と め ら れ る . 物 質 の 磁 気 も , ス ピ ン 磁 気 モ ー メ ン ト に よ る も の と 原 子 的 尺 度 の 電 流 に よ る も の と が あ る の で , 前 半 と 後 半 で 二 度 学 ぶ こ と に な る . こ の よ う に 二 つ の 原 因 に よ る 磁 場 を 統 一 的 に 理 解 す る 試 み を 最 後 に 述 べ よ う . 電 場 と 磁 場 と の 本 質 的 な 違 い も , そ の 中 で わ か っ て く る だ ろ う . 5. 1 磁 石 と 磁 場 磁 石 と い う も の が あ っ て , 鉄 片 を 引 き つ け る こ と は か な り 昔 か ら 知 ら れ て い た . 小 ア ジ ア の マ グ ネ シ ア (Magnesia) 地 方 に 産 出 す る あ る 鉱 物 が 磁 石 に な る こ と が ギ リ シ ャ 時 代 の 記 録 に あ る . 英 語 の magnetism ( 磁 気 ) と い う 言 葉 の 起 こ り は こ の 地 名 に よ る . * こ の 鉱 物 は 磁 鉄 鉱 (magnetite) と い う 鉄 の 酸 化 物 の 一 種 (Fe304) で あ る . 磁 石 の 性 質 , 特 に 南 北 を 指 す 性 質 は 古 く か ら 知 ら れ , 航 海 用 の 羅 針 盤 な ど に 利 用 さ れ て き た . す で に 13 世 紀 に , ペ レ グ リ ヌ ス は 磁 石 に 今 日 の 言 葉 で い う N * 磁 気 の " 磁 " と い う 字 の 起 こ り は , 「 磁 石 取 鉄 , 如 慈 母 之 招 子 」 ( 磁 石 が 鉄 を 引 き つ け る 様 子 は , や さ し い お 母 さ ん が 子 供 達 を 呼 び 集 め る よ う だ ) に よ る , と い う 説 が あ る .

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116 5. 静 磁 場 で あ る . 磁 気 双 極 子 間 の カ か ら 出 発 し て 磁 気 の 理 論 を 組 み 立 て る の が 本 筋 で あ ろ う . し か し , そ の 力 は ク ー ロ ン の 法 則 か ら 導 か れ る こ と は , 電 気 双 極 子 の 間 の 力 が 電 気 の ク ー ロ ン の 法 則 か ら 導 か れ る こ と と 同 様 で あ る . そ う い う 意 味 で ( 5.1 ) か ら 出 発 し て 磁 気 の 理 論 を 考 え て い こ う . こ の 理 論 は , 第 1 章 の 静 電 場 の 理 論 を ほ と ん ど そ の ま ま な ぞ り な が ら 磁 気 の 場 合 に 対 応 す る 概 念 を 導 入 し , 上 に 述 べ た 単 独 磁 荷 の 不 存 在 を 考 慮 し て 作 り あ げ れ ば よ い . ま ず , あ る 空 間 領 域 に わ た っ て 存 在 す る 磁 気 的 作 用 と し て 磁 場 * を 考 え る . 磁 場 の 強 さ は , 単 位 磁 荷 あ た り の 磁 気 力 と し て 導 入 す る . す な わ ち , あ る 点 P に 磁 荷 が あ っ て 磁 気 力 お 加 が は た ら く と き , に よ っ て 定 義 す る . ″ の 単 位 は , N/Wb=A/m で あ る . 別 の 単 位 系 (CGS 電 磁 単 位 系 ) で 用 い ら れ る 単 位 工 ル ス テ ッ ド (Oe) と の 間 に は , 1A/m = 4 兀 >< 10 ー 30e の 関 係 が あ る . 磁 石 の 基 本 要 素 と な る も の は , 磁 気 双 極 子 が 作 る 磁 場 で あ る . 磁 気 双 極 子 は , 電 気 双 極 子 に な ら っ て , 士 の 磁 荷 が 小 さ い 間 隔 / を 隔 て て 対 と ロ へ と 向 か 様 な 磁 場 ″ の 中 に 置 か れ た 磁 気 双 極 子 に は う と し て , 大 き さ は = / で 定 義 さ れ る . こ の 点 の 磁 場 の 強 さ ( 5.3 ) 5 ー 4 図 磁 気 双 極 子 モ ー メ ン ト の ト ル ク が は た ら く . [ 間 3 ] 盟 。 と ″ と の 角 度 が 日 の と き , 大 き さ を 求 め よ . * 工 学 で は 磁 界 と い う 訳 語 が よ く 使 わ れ る . ト ル ク の ( 5.4 ) [ 答 : 5 ー 5 図 一 様 な 磁 場 中 の 磁 気 双 極 子 に は た ら く ト ル ク

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114 5. 静 磁 場 極 と S 極 と が あ る こ と , N 極 同 士 や S 極 同 士 は 反 発 し 合 い , N 極 と S 極 と は 引 き 合 う こ と を 述 べ て い る . W. Gi1- bert は , 磁 気 の 研 究 を 体 系 化 し , 実 際 に 磁 石 で 球 を 作 り , そ れ が 磁 針 に お よ ば す 力 の 様 子 を 地 球 の 磁 気 ( 地 磁 気 ) と 比 較 し , 地 球 自 身 が 大 き な 磁 石 で あ る こ と を 確 か め た . [ 間 1 ] 磁 石 の 北 を 指 す 極 を N 極 , 南 を 指 す 極 を s 極 と 定 義 す る . 地 球 の 北 極 は , 磁 石 と し て は 何 極 か . [ 答 : N 極 を 引 き つ け る の だ か ら s 極 ] 5 ー 1 図 磁 石 の 磁 極 間 の カ 磁 石 の 間 に は た ら く 力 を 定 量 的 に 研 究 し , 今 日 に 通 ず る 科 学 と し て の 磁 気 学 を 始 め た の は ク ー ロ ン で あ る . 彼 は , 磁 極 の 間 に は た ら く 力 を 精 密 に 測 定 し , そ れ が 電 荷 と 同 じ く 逆 二 乗 則 に し た が う こ と を 示 し た . す な わ ち , 磁 石 の N 極 に は 正 の 磁 荷 , S 極 に は 負 の 磁 荷 ー が 対 と な っ て 存 在 す る と し , 磁 荷 の 間 に は そ れ を 結 ぶ 方 向 に 1 ク m ク 加 4 色 ( 5.1 ) と い う 力 が は た ら く と し て , 磁 石 間 の 力 を 説 明 す る こ と が で き る こ と を 示 し た . こ れ を 磁 気 の ク ー ロ ン の 法 則 と ¯qm 5 ー 2 図 磁 石 と 磁 荷 い う . こ の カ の 法 則 は 電 荷 間 の 静 電 気 力 ( 1.2 ) と ま っ た く 同 じ 形 を し て い る の で , 静 電 気 の と こ ろ で 述 べ た こ と と ま っ た く 同 じ よ う に し て 議 論 す る こ と が で き る . 定 数 色 は 真 空 の 透 磁 率 と よ ば れ , こ の 本 で 用 い る 国 際 単 位 系 で は = 4 >< 10 ー 7N / A2 ( 5.2 ) と い う 値 に な る よ う に 定 め る . な ぜ こ ん な と こ ろ に 電 流 の 単 位 A ( ア ン ペ ア ) が 登 場 す る か , と い う こ と は だ ん だ ん と わ か っ て く る . 磁 荷 の 単 位 と し て は , ウ ェ ー バ ー ( Wb ) を 用 い る . 1Wb の 磁 荷 が lm 離 れ て あ る と き の 磁 気 力 は [ 答 : 式 ( 5.1 ) か ら , 1 Wb = 1 J/A で あ る . ] [ 問 2 ] の 単 位 に 注 意 し て , Wb を A を 用 い て 表 わ せ . = 6. 33 >< 104 N で あ る . ( 4 応 ) ー 2 >< 107

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VI 4.7 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6.1 6.2 6.3 6.4 当 7.1 当 7.2 7.3 7.4 目 108 ー 間 次 準 定 常 電 流 磁 石 と 磁 場 ・ RC 回 路 ・ 5 . 題 ・ 場 磁 性 体 と 磁 気 分 極 常 磁 性 , 強 磁 性 ・ 磁 性 体 と 磁 場 ・ 6 . 電 流 の 作 る 磁 場 ・ 電 流 に は た ら く 磁 気 力 静 113 119 123 128 132 磁 5.6 5.7 当 5.8 5.9 問 ア ン ペ ー ル の 法 則 磁 性 体 と ア ン ペ ー ル の 法 則 と B ー ー ー 磁 場 の ま と め 磁 気 モ ー メ ン ト と 回 転 運 動 題 ・ 電 磁 誘 導 電 磁 誘 導 の 法 則 ・ 導 体 が 動 く 場 合 ロ ー レ ン ツ 磁 気 力 磁 束 線 が 動 く 場 合 誘 導 電 場 ・ 相 互 誘 導 と 自 己 誘 導 ・ 電 束 線 の 運 動 と 磁 場 ・ 電 磁 波 ・ 微 分 形 ・ マ ク ス ウ ェ ル の 方 程 式 積 分 形 マ ク ス ウ ェ ル の 方 程 式 7. 電 160 165 170 174 200 205 207 212 6.5 6.6 6.7 6.8 問 磁 7.5 7.6 7.7 7.8 問 過 渡 電 流 ー ー ん 回 路 ・ 電 流 の エ ネ ル ギ ー 磁 場 の エ ネ ル ギ ー 交 流 回 路 ・ 交 流 回 路 の 共 鳴 と 電 気 振 動 題 ・ 波 電 磁 波 の エ ネ ル ギ ー と 運 動 量 ・ 電 磁 波 の 放 射 ・ 電 磁 波 の 反 射 と 透 過 ・ 電 場 と 磁 場 の 相 対 性 ・ 題 ・ 問 題 解 答 索 引 110 138 144 149 152 156 177 180 184 191 197 218 220 224 227 232 235 245

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206 7. 電 磁 波 磁 場 に つ い て の ガ ウ ス の 法 則 は , 磁 石 に よ る も の に せ よ , 電 流 に よ る も の に せ よ 召 れ dS = 0 で あ る . 一 方 , 誘 導 磁 場 に つ い て は , 拡 張 さ れ た ア ン ペ ー ル の 法 則 = / 十 d?lf が 成 り 立 つ . 磁 石 に よ る 磁 場 の 上 式 左 辺 積 分 は 0 で あ る . ( 7.7 ) ( 7.8 ) こ の よ う に , 電 場 や 磁 場 の 由 来 に は い く つ か あ る が , い っ た ん 作 ら れ た 電 場 と 磁 場 に つ い て は , そ れ ぞ れ を 合 成 し た も の に つ い て 式 ( 7.5 ) ~ ( 7.8 ) が 起 源 に 関 係 な く 成 り 立 つ . こ の 意 味 で , こ の 4 つ の 式 は 電 場 と 磁 場 の 基 本 方 程 式 で あ る . こ れ ら の 式 は , こ れ ま で く わ し く 述 べ て き た よ う に , さ ま ざ ま の 電 磁 気 現 象 に 関 す る 実 験 事 実 を 電 磁 場 と い う 概 念 に よ っ て 記 述 し よ う と す る 試 み の 中 か ら 導 き 出 さ れ た も の で あ る . そ の 過 程 で は , Faraday に よ る 電 気 力 線 や 磁 カ 線 の 運 動 と い う イ メ ー ジ が , わ れ わ れ の 思 考 を 導 く も の と し て と り わ け 役 立 っ た . こ の Faraday の イ メ ー ジ に 数 学 的 表 現 を 与 え , こ こ に 見 る よ う な 形 に 定 式 化 し た の は マ ク ス ウ ェ ル で あ っ た . そ こ で , こ の 4 つ の 方 程 式 を マ ク ス ウ ェ ル の 方 程 式 と い う . 逆 に , こ の 方 程 式 か ら 出 発 し て , す べ て の 電 磁 気 現 象 を 記 述 し , 予 見 す る こ と が で き る . そ れ は , ち ょ う ど ニ ュ ー ト ン の 運 動 方 程 式 に よ っ て す べ て の 力 学 現 象 を 表 わ す こ と が で き る の と 同 じ で あ る . マ ク ス ウ ェ ル の 方 程 式 を 実 際 に 扱 う に は , D と E, 召 と 〃 の 関 係 が 与 え ら れ ね ば な ら な い . こ れ ら は , 物 質 中 の 電 場 と 磁 場 に 関 す る 定 義 か ら D = 60E 十 召 = ″ 十 ( 7.9 ) ( 7.10 ) に よ っ て 与 え ら れ る . 物 質 の 電 気 分 極 や 磁 気 分 極 は , そ れ ぞ れ 電 場 や 磁 場 の 関 数 で あ る . そ れ ら は , 物 質 の 電 気 的 性 質 , 磁 気 的 性 質 を 表 わ す も の で , 物 質 の 種 類 や 温 度 な ど の 状 態 に 応 じ て 定 ま る . こ の 関 係 が 簡 単 な 比 例 関 係 の 場 合 に は ,

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新 . 2 磁 性 体 と 磁 気 分 極 電 気 の 場 合 に は , ク ー ロ ン の 法 則 と な ら ん で ガ ウ ス の 法 則 が 重 要 な 役 割 を 演 じ た . 磁 気 の 場 合 に も , 電 気 力 線 に な ら っ て , 磁 カ 線 に よ っ て 磁 場 の 様 子 を 表 わ す こ と が で き る . 5 ー 8 図 に 磁 気 双 極 子 に よ る 磁 カ 線 の 様 子 を 示 し た . 閉 曲 面 を 通 っ て 外 へ 出 て い く 磁 カ 線 の 総 本 数 は 閉 曲 面 内 の 磁 荷 Qm' に 比 例 す る . こ れ が 磁 気 の 場 合 の ガ ウ ス の 法 則 で あ る . 式 で 表 わ せ ば 色 〃 〃 ( 加 ) dS = Qm' 常 磁 性 , 強 磁 性 119 5 - 8 図 え 方 向 を 向 い た 磁 気 双 極 子 の 作 る 磁 カ 線 ( 5.9 ) と な る . 磁 気 双 極 子 に つ い て は , 上 式 の Q = 0 で あ る . し か し , 磁 石 の 一 方 の 極 の み を 囲 む よ う な 場 合 に は , 分 極 磁 荷 Q は 必 ず し も 0 で は な い . こ の 様 子 を 調 べ る に は 物 質 中 の 磁 場 を 考 え ね ば な ら な い . 5.2 磁 性 体 と 磁 気 分 極 ー 常 磁 性 , 強 磁 性 磁 気 の 場 合 は 単 独 磁 荷 が 存 在 し な い か ら , 電 流 に 対 応 す る 磁 流 は 考 え ら れ な い . ま た , 磁 気 的 導 体 と い う も の も な い . 微 視 的 磁 気 双 極 子 は , 正 負 単 独 磁 荷 の 変 位 に よ る も の で は な く , ス ピ ン 磁 気 モ ー メ ン ト で あ る . 電 子 が 多 数 集 ま っ て 構 成 し て い る 巨 視 的 物 質 の 磁 気 的 性 質 は , 電 子 の ス ピ ン 磁 気 モ ー メ ン ト の 配 列 の 様 子 に よ っ て 説 明 さ れ る . * こ の よ う な 立 場 で 巨 視 的 物 質 を と ら え た と き 磁 性 体 と い う . 磁 性 体 に お け る 磁 場 の 様 子 は , 誘 電 体 に お け る 電 場 と 同 じ よ う に し て 考 え れ ば よ い . 1 個 の 電 子 の も っ ス ピ ン 磁 気 モ ー メ ン ト の 大 き さ は , ポ ー ア 磁 子 こ の ほ か に , 微 視 的 な 電 流 に 由 来 す る 磁 気 も あ る が , こ れ に つ い て は 電 流 の 磁 気 作 用 に つ い て 勉 強 し た 後 に 考 え る .

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当 5.2 磁 性 体 と 磁 気 分 極 常 磁 性 , 強 磁 性 5 ー 1 表 物 質 の 磁 気 感 受 率 * と 磁 気 分 極 は 磁 場 に 比 例 す る . そ の 比 例 ( 室 温 の 値 . 相 対 透 磁 率 = 係 数 を 磁 気 感 受 率 ( 磁 化 率 ) と い う . 1 + . 鉄 は 強 磁 性 体 で あ 磁 気 感 受 率 は 物 質 定 数 で あ っ て , 物 質 の 物 質 磁 気 感 受 率 種 類 や 温 度 な ど の 状 態 に よ る . そ の 値 の 空 気 3.6 >< 10 ー 7 例 を い く つ か 5 ー 1 表 に 示 し た . 強 磁 性 体 2.1 >< 10 ー 5 ア ル ミ ニ ウ ム を 除 く と , の 絶 対 値 は 電 気 感 受 率 に 比 8.3 >< 10 ー 4 マ ン ガ ン 硫 酸 銅 1.8 >< 10 ー 4 べ る と ず っ と 小 さ い . こ の 表 に も あ る よ ー 1 . 7 >< 10 ー 4 ビ ス マ ス う に , あ る 種 の 物 質 で は < 0 と な る 水 ー 8.9 >< 10-6 ( 6 ~ 8 ) >< 103 鉄 場 合 が あ る . こ れ を 反 磁 性 と い う . 反 磁 kg あ た り や m01 あ た り の 分 極 / 〃 性 は 電 磁 誘 導 に よ る 微 視 的 電 流 の 発 生 と の 値 を 表 示 す る 慣 習 が あ る の で 注 意 関 係 し て お り , そ の 説 明 は 後 に 行 う こ と す る こ と . に す る . 外 磁 場 が な く て も 磁 気 分 極 し て い る 物 質 を 強 磁 性 体 と い う . 強 磁 性 体 で は , 磁 気 原 子 の 間 に 量 子 力 学 的 な 相 互 作 用 に よ り , 磁 気 モ ー メ ン ト を 互 い に 平 行 に す る よ う な 力 が は た ら く . こ の た め , す べ て の 原 子 の 磁 気 モ ー メ ン ト が 一 方 向 に そ ろ っ て , 大 き な 磁 気 分 極 が 生 じ る . こ れ を 自 発 磁 気 分 極 と い う . 一 方 , 熱 運 動 は 自 発 分 極 を さ ま た げ る は た ら き を す る . こ の た め , 強 磁 性 は あ る 温 度 以 下 で し か 現 わ れ な い . こ の 境 目 の 温 度 5 ー 9 図 を キ ュ リ ー 温 度 と い う . 鉄 の キ ュ リ ー 温 度 は 770 ℃ で 強 磁 性 体 の 自 発 磁 化 あ る . 鉄 の 磁 石 を 赤 熱 す る と 磁 石 と し て の は た ら き を 失 っ て し ま う . 赤 熱 し た 鉄 を ふ た た び 室 温 ま で 冷 し て も , 磁 気 分 極 が 生 じ な い . こ の 状 態 か ら 磁 場 を 作 用 さ せ て い く と , と 〃 と の 関 係 は , 5 ー 10 図 に 示 す よ う に 複 雑 に 変 化 す る . は ま ず 〃 と と も に 増 加 す る が , や が て 一 定 値 に 飽 和 す る ( A ). こ の と き の 値 を 飽 和 磁 気 分 極 s と い う . こ の 状 態 か ら 磁 場 〃 を 減 少 し て い く と , は 曲 線 OA 上 を 逆 行 す る の で は な く , そ れ よ り も 大 き い 値 を と り な が ら 減 少 こ の と き の 値 を 残 留 磁 気 分 極 Pmr と い し , 〃 = 0 で も 有 限 の 値 を も つ ( B ). 121

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新 . 9 磁 気 モ ー メ ン ト と 回 転 運 動 お = ク じ >< 召 と 場 B に よ っ て 与 え ら れ る . 151 ( 5.23 ) 静 電 場 の 場 合 に は , 電 荷 が 真 空 中 に 作 る 場 E が 基 本 量 で あ っ て , 場 D は 誘 電 体 の 場 を 扱 う た め に 導 入 し た 補 助 量 で あ る と 見 る こ と が で き る . 静 磁 場 の 場 合 に , ス ピ ン 磁 気 モ ー メ ン ト が 作 る 磁 場 が も っ と も 要 素 的 な も の で あ る と 考 え れ ば , E に 対 応 す る 基 本 量 は ″ で あ る . こ の 考 え 方 を E ー ″ 対 応 と い う . こ れ に 対 し て , 電 流 が 作 る 磁 場 を 要 素 的 現 象 と 考 え れ ば , B を 基 本 量 と す る E ー 召 対 応 と い う 考 え 方 に な る . 電 磁 気 学 の 理 論 を 体 系 化 し よ う と す る と き , 割 切 っ て ど ち ら か の 立 場 に 立 て ば , 話 の 筋 道 は す っ き り す る . そ の よ う に し て 書 か れ て い る 教 科 書 も 数 多 く あ る . 特 に 最 近 は , E ー 召 対 応 の 立 場 で 書 か れ て い る 本 が 多 い . し か し , 本 書 で は こ れ ま で 述 べ て き た よ う に 2 つ の 立 場 を 併 立 さ せ て き た . 電 磁 気 現 象 の 全 体 を 場 の 法 則 と し て は じ め て ま と め 上 げ て い く た め に は , 磁 気 モ ー メ ン ト で 発 生 ・ 消 滅 す る 磁 カ 線 , 電 流 の 作 る 閉 じ た 磁 束 線 の 両 方 の イ メ ー ジ を し つ か り と つ か ん で お く こ と が ま ず 大 切 で あ る , と 思 う か ら で あ る . 両 者 の い ず れ が よ り 要 素 的 か と い う こ と は , 好 み や 便 宜 の 問 題 で は な く , ス ピ ン 磁 気 モ ー メ ン ト と 微 小 電 流 の ど ち ら が 要 素 的 か と い う 物 理 的 な 問 に 答 え て は じ め て 決 め ら れ る こ と で あ る . こ の 点 に つ い て は 次 節 で 考 え る . 次 章 で 述 べ る よ う に , 電 磁 誘 導 に よ っ て 生 じ る 電 場 の 電 気 力 線 は 閉 曲 線 を な す . さ ら に , 7.1 で は , 場 の 運 動 と い う 見 方 か ら す る と , ビ オ ー ー サ バ ー ル の 法 則 に よ っ て 作 ら れ る 磁 場 は , 電 磁 誘 導 に よ る 電 場 と 同 じ 性 質 の も の で あ る こ と が 示 さ れ る . 磁 場 一 つ と っ て も 自 然 の 奥 行 き は 深 い . 5.9 磁 気 モ ー メ ン ト と 回 転 運 動 コ イ ル に 沿 っ て 流 れ る 電 流 は 盟 = 色 バ の 磁 気 モ ー メ ン ト を も つ . 電 流 を 電 荷 の 運 動 に 分 解 し て 考 え る と , あ る 軌 道 に 沿 っ て 電 荷 が 回 転 運 動 を す る と き , 磁 気 モ ー メ ン ト を も っ と い っ て も よ い . 回 転 運 動 を 表 わ す 力 学 量 は 角 運 動 量 で あ る . そ こ で , 電 荷 の 角 運 動 量 と 磁 気 モ ー メ ン ト と の 関 係 を 調 べ て み よ う . 5 ー 48 図 の よ う に , 半 径 % の 円 軌 道 に 沿 っ て , 電 荷 ク , 質 量 襯 の 粒 子 が 等 速

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5.3 磁 性 体 と 磁 場 123 も , 磁 気 分 極 の 向 き は な か な か 変 ら な い . こ れ が 磁 石 で あ る . 鉄 の 私 は 60A / m で あ る が , 炭 素 と マ ン ガ ン を 1 % ず っ 加 え る と 4.4 >< 103 A/m に 増 加 し , 強 い 磁 石 と な る . [ 例 題 ] 鉄 の 20 ℃ に お け る 飽 和 磁 気 分 極 の 値 は Pms = 2.2Wb/m2 で あ る . 鉄 の 1 原 子 あ た り の 磁 気 モ ー メ ン ト を 求 め よ . 鉄 の 原 子 量 ス = 55.8 , 密 度 d = 7.9 >< 103 kg/m3 で あ る . [ 解 ] 1m3 の 鉄 の 磁 気 分 極 の 値 が Pms Wbm で あ る . 1m3 中 の 鉄 原 子 の 個 数 は , 4.3 の や り 方 で 求 め ら れ , ル ス d ス >< 1 『 3 = 8.5 >< 1028 個 / m3 で あ る . と な る . と な る . こ れ か ら , 1 原 子 あ た り の 磁 気 モ ー メ ン ト の 値 は , = 2.6 >< 10 29 Wb m mS 1 原 子 あ た り 約 2 個 の 電 子 の 磁 気 モ ー メ ン ト が 向 き を そ ろ え て い る こ と に な こ の 値 は , 1 電 子 あ た り の 磁 気 モ ー メ ン ト ( 5.11 ) を 用 い る と , る . こ の 値 が , き っ ち り と 整 数 に な ら な い の は , 鉄 が 金 属 で あ る た め に , 電 子 が 原 子 58.7 , 密 度 = 8. 9x 103kg / m3 を 用 い て , 1 原 子 あ た り の 磁 気 モ ー メ ン ト を 求 め [ 問 1 ] 20 ℃ に お け る ニ ッ ケ ル で は Pms = 0.61 Wb/m2 で あ る . か ら 原 子 へ と 渡 り 歩 い て い る た め で あ る . 原 子 量 ス = よ . [ 答 : ル = 9.1 x 10 m ー 3 , カ = 6.7 x 10 ー 30Wbm = 0.57 カ ( の ] 5.3 磁 性 体 と 磁 場 磁 性 体 が あ る 場 合 の 磁 場 は , 誘 電 体 が あ る 場 合 の 電 場 と 同 じ よ う に し て 考 え る こ と が で き る . 微 視 的 尺 度 で 見 る と , 磁 場 は 外 部 に 源 を も っ 外 部 磁 場 既 と , 磁 性 体 の 中 の 磁 気 モ ー メ ン ト に よ る 磁 場 ″ ' と を 合 成 し た も の で あ る . 巨 視 的 磁 場 は , の 微 視 的 磁 場 を 空 間 平 均 し た も の で あ る . そ れ に は , ま ず 磁 気 モ ー メ ン ト を 平 均 し て 磁 気 分 極 で 表 わ し , の 作 る 磁 場 を 求 め れ ば よ い . こ の 磁 場 は , 電 気 分 極 の 場 合 と 同 様 5 ー 12 図 分 極 磁 荷 磁 気 分 極 と 分 極 磁 荷