暗記するしかない？「右ねじの法則」を理系ライターがわかりやすく解説

ライター／R175

関西のとある理系国立大出身。エンジニアの経験があり、身近な現象と理科の教科書の内容をむずびつけるのが趣味。教科書の内容をかみ砕いて説明していく。

1.電流と磁界の関係

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電流を流すと、その周りに磁界出来るということを、19世紀にマイケルファラデーが発見しました。

電流の向きを逆にすると磁界の向きも逆向きに、そして電流に近ければ近いほど磁界が強い。
磁界の強さは電流からの距離に反比例。

ここまで実験で明らかになります。

2.磁界の向き

電流の周りに磁界が発生。電流の向きを逆向きにすると磁界の向きも逆向き。さて、磁界の向きはどう定義しようか。

極論どっち向きでもいいわけです。

ただ、どうせ決められるならなるべく使いやすいように定義したいですね。

3.右ねじの法則

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磁界の向きは、数学的に扱いやすいような向きで定義されました。その結果こそが右ねじの法則。そう、磁界の向きありきで右ねじの法則が出来たのではなく、右ねじの法則ありきで磁界の向きを決めたが正しいのです。

電流の向きがねじの進む向きとすれば磁界はねじの回る向き。あるいは、右手の親指を電流の向きとすれば他4本の指が磁界の向き(右手の法則)。

また、磁界の向きはN極→S極の向き。N極は矢印と同じ向きでS極は矢印の逆向き。

右ねじ方向が扱いやすい理由

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外積に対応

ベクトルAとベクトルBの外積ベクトルCの向きは、AをBに向かって回転させた時、右ねじが進む方向。数学の外積の定義と統一させておけば何かと便利。

電流と電子の向きは逆

ちなみに、電流の向きと電子の移動する向きは逆向き。電流の向きを扱いやすい向きに定義しちゃっためにこのうよなことに。数字として扱いやすいように電流の向きは+→-と定義しました。
しかし、よくよく観察する中で電子の存在を発生。電子は-電荷だから、-→+の方向に移動、つまり電流とは逆向き。+電荷を帯びた電子のようなものはなく、現象の上では-電荷の電子が移動しています。
しかし、この時の電流の向きは便宜上電子の移動と逆向きに定義されているのです。

4.右ねじの法則を使った問題

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方位磁石の針はN極の方向を指す仕組みになっているもの。地球の北極付近がN極となっているので方位磁石の針は常に「北」を指します。しかし、地球の磁力はそれほど強くないので、方位磁石のそばに磁石を置くと、そっちの影響を受け針は「置いた磁石」のN極の方に向くもの。イラストのように電流を流した時も同様。電流の周りに磁界が発生するので、方位磁石はその磁場のN極方向を指します。

さて、イラストのように電流を下向きに流し、その手前と右側に方位磁石を置いたとき、方位磁石の指す向きが正しいのは(A)～(D)のうちどれでしょうか。

ただし、電流による磁力は地球による磁力に比べて十分大きく電流と方位磁石の間に、磁界を遮る物体はないものとします。

解答

この問題の条件下で右ねじの法則（右手の法則）を適用すれば、正解は(C)。
ただし、場合によっては(A)、(B)、(D)の状態を作ることも可能ですよ。どうやって？
電流と方位磁石間に磁界を遮る物があれば(B)と(D)はあり得ます。また、電流による磁力が地球の磁力に比べて十分小さいorそもそも電流を流していなければ(A)もあり得ますね。