ローレンツ力と磁場が電流に及ぼす力は同じものだと教える先生がいるがそれは誤り
磁場が荷電粒子に及ぼす力をローレンツ力と言います。
また、磁場は電流に力を及ぼします。
この二つの力はまったく同じものだ、同値だと言ってしまう教師がいます。
しかし、それは誤りです。そのことを説明します。
まず、フレミングの左手の法則から荷電粒子の運動方向とローレンツ力の向きは必ず垂直です。ということはローレンツ力は仕事をしません。
一方、磁場中で電流を流している導線が運動をしたら、磁場が電流に及ぼす力は仕事をします。
この事実とローレンツ力と磁場が電流に及ぼす力が同値だということは矛盾していますね。
この問題をどう解決したらよいのかというと、磁場中で導線が運動するということは電磁誘導が起きている、ということを想起する必要があります。
カンタンのため導線中のキャリア電荷を+q(q>0)と仮定します。
キャリア電荷の運動は、電流が流れる方向の運動、導線が運動する方向の運動の合成です。
電流が流れる方向のキャリア電荷の速度成分をv、導線が運動する方向の速度成分をuとしましょう。
それぞれの速度成分に計算されるローレンツ力はqvBとquBですね。
このローレンツ力qvBが磁場が電流に及ぼす力の元です。
そしてローレンツ力quBが誘導起電力の元になる力です。
さらに、qvBがする仕事とquBがする仕事の和がゼロになっています。これが「ローレンツ力は仕事をしない」に相当します。これは電磁誘導において、磁場が電流に及ぼす力がする仕事と誘導起電力がする仕事の和はゼロであるということを示しています。入試問題で電磁誘導のエネルギー関係を示せという問題がよくありますがそれはこのことを用いればカンタンに証明できます。
というわけでローレンツ力と磁場が電流に及ぼす力は同値ではありません。
(ローレンツ力)≡(磁場が電流に及ぼす力)+(誘導起電力の元になる力)
こうです。
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