電磁気学
電流の流れる導線
B 矢印は導線の周りを回ります。電流 I を上げて B を mT で読み取ってください。
電流の流れる導線 — インタラクティブな電磁気学シミュレーション。B 矢印は導線の周りを回ります。電流 I を上げて B を mT で読み取ってください。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
直線電流の磁場
B 矢印は導線の周りを回ります。電流 I を上げて、B を mT で読み取ってください。
電流 I が流れる長い直線導線は、その周りに円形の B 磁場線を作ります（アンペールの法則：B ∝ I/r）。向きは右手の法則で決まります — 親指を I の向きに合わせると、指の巻き方向が B を示します。⊗/⊙ の記号は、磁場が紙面の奥へ向かう/手前へ向かうことを表します。一定の距離で I を上げて B を mT で読み取ってください — I を2倍にすると B も2倍になります。
- B ∝ I/r
- 右手の法則
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
直線導線に定常電流が流れます。試験点を導線から遠ざけると、磁場強度は電荷の電場と同じように低下しますか？
検討する予測
- はい。点電荷と同じ単純な1/r²で低下します。
- 磁場は導線からの距離に依存しません。
- いいえ。電流は点でなく線状の拡がった源なので、導線の磁場は点電荷と異なる低下をします。
可変的な役割
設定するもの：
- 垂直距離 d (m)
測定するもの：
- 磁場強度 |B_z| (µT)
実験の進め方
- wire-field プリセットを開いて Reset を押します。導線は長さ4.8 mにわたり8 Aの固定電流を流します。
- 磁場強度読み出しを有効にします。
- 各試行で導線中央からの垂直距離を設定し、磁場強度を記録します。
支配方程式
有限電流導線の磁場 — B = μ₀I/(2πr)
有限直線導線に沿ってビオ・サバールの法則を積分すると、磁場は導線を周回し、垂直距離と導線長の両方に依存する有限線電荷と同じ補間形になります。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m、I = 8 A、L_half = 2.4 m を用い |B| = μ₀|I|L_half/(2πd√(L_half² + d²)) を計算し、表と比較します。
- 有限線電荷の電場式と形を比較します。有限帯電棒と有限電流導線が近距離で1/d、遠距離で1/d²に近い同種の距離依存を示す理由を説明します。
実験以外での活用
- 理想無限導線では B = μ₀I/(2πd) という1/d則です。長さ4.8 mのこの導線に対して、どの距離で有限導線の式が無限導線近似に近づくと予想しますか？
- 電流導線の近くのコンパス針は磁場に沿って偏ります。右手則を用い、電場のように放射状でなく磁場が導線を周回する理由を説明します。
- AP Physics 2 — Unit 12: Magnetism and Electromagnetism
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 12: Magnetic Fields and Electromagnetism
- IB Physics — D.2 Electric and magnetic fields
- General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
- NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields
- Middle School Physical Science — Electric and magnetic force strength
- Middle School Physical Science — Fields without contact
- 導線の磁場へようこそ
- 導線を選択
- 再生
- 導線周りの B
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。