難易度
磁力線に関する基礎的な論説問題です。
磁力線に関する基本的な性質と、アンペールの法則を理解しておいた方が良いでしょう。
問題
無限に長い直線状導体に直流電流を流すと、導体の周りに磁界が生じる。
この磁界中に小磁針を置くと、小磁針のアは磁界の向きを指して静止する。
そこで、小磁針を磁界の向きに沿って少しずつ動かしていくと、導体を中心とした イの線が得られる。
この線に沿って磁界の向きに矢印をつけたものをウという。
また，磁界の強さを調べてみると，電流の大きさに比例し，導体からのエに反比例している。
上記の記述中の空白箇所(ア)～(エ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
| （ア） | （イ） | （ウ） | （エ） | |
| （１） | N極 | 放射状 | 電気力線 | 距離の2 乗 |
| （２） | N極 | 同心円状 | 電気力線 | 距離の2 乗 |
| （３） | S極 | 放射状 | 磁力線 | 距離 |
| （４） | N極 | 同心円状 | 磁力線 | 距離 |
| （５） | S極 | 同心円状 | 磁力線 | 距離の2 乗 |
答え
（４）
要点整理
電流と磁界の向き
直線状導体に電流を流すと、電流を中心に同心円状の磁界が発生します。その向きは、右手で親指を立てたとき、
・電流：親指の向き
・磁界：他の指の向き
となります。
これを右ねじの法則と呼びます。
方位磁石のN極は、磁界の向きを指します。
アンペールの法則
電流が作る磁界中で、磁界の強さが等しい所をたどって１周したときの磁路の長さ\(l=2\pi r[m]\)と、磁界の強さ\(H[A/m]\)の積が、電流\(I[A]\)に等しいという法則です。
式に示すと、
\( \displaystyle I=\oint_C Hdl\) \(=Hl=H\times 2\pi r \)
となります。変形すると、
\(\displaystyle H=\frac{I}{2\pi r}[A/m]\)
となります。
磁力線の性質
①・②の性質の図
④・⑤の性質の図
磁力線の性質をまとめると以下の通りです。
① N極(＋磁荷)から発生し、S極(－磁荷)に吸収される。
② 磁力線でつながった磁荷の間には、引力が働く
（つながった本数が多い程大きな力が働く）
③ 磁荷の無い所から発生したり消滅したりしない。
④ 磁力線は交わらない。
⑤ 磁力線は交わらないため、同じ符号の磁荷の間には斥力が働く
⑥ 磁力線は分岐しない。
⑦ 磁力線は途切れない。
⑧ 磁荷の大きさと、磁力線の本数は比例する。
回答解説
ア
小磁針はN極の向きを指します。
イ・ウ
電流と磁界の向きの要点整理のとおり、直線状導体に電流を流すと、導体を中心とした同心円状の磁界が発生します。
同心円状の磁界に線を引き、矢印をつけたものを磁力線と呼びます。
エ
アンペールの法則から、電流\(I[A]\)と磁界の強さ\(H[A/m]\)の関係は、
\( \displaystyle I=\oint_C Hdl\) \(=Hl=H\times 2\pi r \)
⇔\(\displaystyle H=\frac{I}{2\pi r}[A/m]\)
したがって、磁界の強さ\(H\)は、
電流\(I[A]\)に比例し、導体からの距離\(r[m]\)に反比例しています。
以上より、（４）が答えです。
出典元
一般財団法人 電気技術者試験センター
令和４年度第三種電気主任技術者試験 理論科目A問題下期問３
参考書
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