磁場が電流に及ぼす力

方針

解答

⓪ 発想 — どう考え始めるか。 磁場中の電流は力を受ける——大きさは 3 つの量の積、向きは3 つが互いに垂直という特徴的な立体配置になる。

① 大きさ。

$$F=IBL=2.0\times 0.50\times 0.20=0.20\mathrm{N}$$

② 向き。 フレミングの左手の法則——中指を電流、人差し指を磁場に合わせると、親指が力の向き(電・磁・力の順で中・人・親)。3 本を互いに直角に開いて使う。

まとめ 「電流と磁場の両方に垂直」——この立体的な力が、モーターを回し、スピーカーを鳴らす。$F=IBL$ は次の「ローレンツ力($f=qvB$)」を電流の言葉に翻訳したもの(電流=電荷の流れ)——電子 1 個の力と導線全体の力が、同じ現象の 2 つの見方であることを、この後で確かめる。

別解

左手の法則を右ねじで確かめるルート。 「電流 $I$ の向きから磁場 $B$ の向きへ右ねじを回したとき、ねじの進む向き」が力の向き——外積 $I\vec{L}\times \vec{B}$ の向きである。左手が使いにくいときの代替になる。

左手・右ねじ(外積)は同じことの別表現——自分が確実に符号を間違えない方を 1 つ決めて、いつもそれを使うのがミスを減らす。