2013年2月6日水曜日

回転する電荷は磁界を発生する

「高校物理の発想の基本」
高校物理の電磁気で、以下の図のようにコイルに流れる電流が発生する磁界Hの式を教わります。

 コイルに発生する磁界Hの大きさは、コイルに流れる電流Iのコイルの軸方向の単位長さあたりの電流密度(I/g)と等しいことを教わります。
 その式は、(高校では教わらない)微少電流部分毎が発生する磁界の式(ビオサバールの法則)を使って計算すると導け、以下の式が計算できます。

 (コイル内部の磁界H)=電流I/g

となり、コイル内部に発生する磁界Hの大きさは、コイルに流れる電流Iのコイルの軸方向の単位長さあたりの電流密度(I/g)になるという結果が得られます。

 次に、上図のように、コイルの軸方向から見た図で、コイルの電流Iと磁界Hの関係を考えます。
 電流Iは、間隔sで並べた電荷qが速度Vで運動することも電流Iが流れることと同じと考えることができます。
 同じ符号の電荷が集まるので、コイルから電界が発生しますが、その電界はコイルの内側には入らないので、このモデルで電流を模擬できていると考えます。

 しかし、上図のように、その電荷qの運動が止まって見える角速度ωで回転する座標系の観測者が見たら、磁界Hはどうなるでしょうか。電荷qが止まっているので電流が無いのです。
 この場合、見落としてはいけないことは、その観測者から見ると、電荷は止まって見える一方、電荷が回転しているように見えます。
 回転している電荷は磁界を発生します。その磁界が集まって、結局、コイルの中には、座標系が回転していないときと同じ強さの磁界Hが発生します。


【リンク】
「高校物理の目次」

0 件のコメント:

コメントを投稿