電流が流れる導線の磁場

1 · 予測

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？

• 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。

2 · 準備

1. 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。
2. 磁場強度読み出しを有効にします。
3. 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。

3 · データ収集

3回の試行について |B_z|（縦軸）を1/d（横軸）に対してプロットします。1/d²より直線に近いですか？

4 · 分析

1. 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。
2. 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。

5 · 発展

1. 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？
2. 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。

この実験の物理

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