電流のまわりに生じる磁界の向きについて

質問

電流のまわりに生じる磁界は、なぜ右まわりなのでしょうか？
スピンの向きと関係があるのでしょうか？
陽電流（？）の場合は、左まわりになるのでしょうか？
右まわりの磁界をつくるには、どうしたらよいでしょうか？

回答No.7

shkwta · ベストアンサー

＞例えば、右から左に陽電子の飛べば、電流の流れは、左から右になるということでしょうか？

右から左に向かう陽電子の流れがあれば、電流の流れは、右から左です。つまり、陽電子の動く方向と電流の方向は同じです。

（電子の場合は、電子の動く方向と電流の方向は逆です。）

補足

お返事ありがとうございます。

＞（電子の場合は、電子の動く方向と電流の方向は逆です。）

確かにそのとおりでした。

＞陽電子の動く方向と電流の方向は同じです。

それは、本当でしょうか？まあ、でもそんなことは別にいいですが、そのようなことで、電流の向きに対して一定の方向に磁界ができるのですね。まあ、おっしゃる意味がわかりました。確かにそのとおりですね。

回答No.6

shkwta

＞空飛ぶベータ線の周りには、銅線のときと同様に右回りの磁界ができるのでしょうか？

真空中に電子の流れを作れば、電子の飛ぶ方向に向かって反時計回り（つまり、電流の方向に向かって時計回り）の磁界ができます。

＞空飛ぶ陽電子のベータ線の周りには、もしかして左回りの磁界

真空中に陽電子の流れを作れば、陽電子の飛ぶ方向に向かって時計回り（つまり、電流の方向に向かって時計回り）の磁界ができます。

＞もしできるのなら、左回りの磁界は、割と簡単にできますね。

いずれにしても、電流の方向に向かって反時計回りの磁界は不可能です。

＞逆に右回りの磁界を無理やり左回りにすれば、

磁界は電流だけでなく電界の変化でも作れるので、電流に沿って電流と逆向きの電界を急激に増せば、電流に向かって反時計回りの磁界を一時的に作れます。

＞電子→陽電子ができるのでは

電荷保存則に反するので無理と思います。

お礼

お返事ありがとうございます。

＞真空中に陽電子の流れを作れば、陽電子の飛ぶ方向に向かって時計回り（つまり、電流の方向に向かって時計回り）の磁界ができます。

例えば、右から左に陽電子の飛べば、電流の流れは、左から右になるということでしょうか？

＞電荷保存則に反するので無理と思います。

納得せざるを得ません。

回答No.5

endlessriver

「空飛ぶベータ線の周りには、銅線のときと同様に右回りの磁界ができるのでしょうか？

次に、上記が正しければ、空飛ぶ陽電子のベータ線の周りには、もしかして左回りの磁界ができるのではないでしょうか」
これは正しいと思います。

「逆に右回りの磁界を無理やり左回りにすれば、電子→陽電子ができるのでは無いでしょうか」
よくわからないのですが同じ（？）論法でロケットを打ち上げたら負の質量になったというのと似ているような（違うかな）。（￣ー￣）

いずれにしても電磁界は法則により電界・磁界の相互（変換）作用が導かれますが物室を含むとなるとちょっとどんな理論か判りかねます。(゜〇゜;)

回答No.4

sqwe-ir

磁界の向きを考えた時、進行方向と直角に作用する力は、ジャイロの原理以外考えられませんでした。

そーしたら電子はスピンしてた。

陽電流のばやい、スピンの向きによるのでないかい？

ジャイロの原理に逆らう事は、はっきし言って、
無理。
回転方向へ９０度遅れて作用。
力は直角方向に作用する。
（指あててみて＾＾）

全然自信ない。＾＾；

回答No.3

shkwta

No.1です。

＞銅線中の電子の速度は、光速度より若干遅い

若干遅いどころか、たとえば 断面積1 mm^2の銅線に1 Aの電流を流した場合の電子の平均速さは0.7 mm/s 程度です（導線を情報が伝わる速さと、電子そのものの速さは関係ありません）。

＞それよりも速い系から眺めると、相対論的に逆まわりに見えるのでしょうか？

電流を追い越して走る観測者から見れば、電流の向きは逆ですから、磁界の向きも逆になります。つまり、磁界は観測者の動きに依存する量です。

相対論が出てくるのはその後です。運動する電荷は磁界から力を受けます（ローレンツ力）。たとえば、電流と同じ方向に走る正電荷は、電流に引き寄せられます。

ここで、観測者自身が正電荷をもっているとします。電流と一緒に走る観測者からは電流はゼロに見えますから磁界もゼロのはずですが、なぜか「電流に引き寄せられる」という力は変わりません。また、観測者が電流を追い越す場合は磁界が逆向きになりますが、やはり「電流に引き寄せられる」という
力は変わりません。

そうなる理由は、電流と一緒に走ると電流が負電荷に見えるからです。「走っている観測者には、電流が電荷に見える」言い換えると、「走っている観測者には、磁界が電界に見える」ということで、これは相対論です。

相対論では、電荷と電流、また電界と磁界はそれぞれ分離できない一体の物理量であり、ローレンツ変換によって相互に変換します。

＞磁界の向きとスピンの向きには何か関連はないのでしょうか？

マクロな電流について考えているときは、電流を担っている電子のスピンは関係ありません。
物質の磁性について考えるときは、もちろん関係があります。

＞６０km/hで飛ぶベータ線を、１００km/hで追いかけてみれば、左廻りの磁界

その通りですが、この場合観測者から見ると電流の向きそのものが逆になっているので、やはり右回りの磁界です。

＞マクスウェルの方程式は特殊相対論を満たしているはずなのに

走っている観測者と静止している観測者とは、電界や磁界が異なって見えますが、それぞれでマクスウェルの方程式を満たします。

＞電流の方向に対して右回りの磁界を作ると向きまで定めているのでしょうか？

定めています。マクスウェルの方程式に含まれる次の式は、それを意味します（rotという微分操作では、得られるベクトルを右ねじの進む方向にとります）。
rot H = ∂D/∂t + i

お礼

相対論とマクスウエル方程式の話は、ややこしいので、置いておきたいと思います。

話を単純にしたいと思います。

まず、
空飛ぶベータ線の周りには、銅線のときと同様に右回りの磁界ができるのでしょうか？

次に、上記が正しければ、空飛ぶ陽電子のベータ線の周りには、もしかして左回りの磁界ができるのではないでしょうか？（銅線の中では、陽電子は逆に流れるかもしれませんが、
真空中では　まっすぐ飛ぶはずで、話がわかりやすいと思います。）

もしできるのなら、左回りの磁界は、割と簡単にできますね。逆に右回りの磁界を無理やり左回りにすれば、電子→陽電子ができるのでは無いでしょうか？その具体的な方法はわかりませんが、、、、

回答No.2

endlessriver

１.＃1のかたのとおりです。
「電流のまわりに生じる磁界」と「スピンの向き」は別の話です。スピンとかニュートリノとかむずかしいことはわかりませんが。

２.「同様に考えると（？）、６０km/hで飛ぶベータ線を、１００km/hで追いかけてみれば、左廻りの磁界を見ることができると思うのですが、如何でしょうか？」
これも話は別のことです。後半の話はあっていますが結論があやまりです。
１００km/hの座標で見ればベータ線は反対方向に移動しているので反対廻りに磁界が発生します（特殊相対性理論以前の問題です）。

３.「本当にマクスウェルの方程式で、電流の方向に対して右回りの磁界を作ると向きまで定めているのでしょうか？」
＃1のかたのとうり決めたから「マクスウェルの方程式で、電流の方向に対して右回りの磁界が発生する」といういいかたになります。

４.「銅線中の電子の速度は、光速度より若干遅いと思うのですが」
これは有名な誤解です。この電子の速度はとっても遅いのです。人が歩く・走るスピードとかいわれています。
銅線の中にはものすごい量の電子があるのです。
「相対論の正しい間違え方」、松田卓也、木下篤哉著
などを読んでください。

５.実は、相対論（特殊までいかなくとも）と電磁気学は密接というが微妙な問題があります。ひまになって再勉強しているのですが衝撃を受けている所です。
昔、電磁気学を相対論を勉強したのはナンダッタンダーって。

回答No.1

shkwta

磁界は、電流の周りで何かが回転運動しているというものではなく、単に空間の各点で定められるベクトル量です。磁界の向きは、定義でそうなっているというだけのことです。電子が－で陽子が＋と定義し、磁力線は磁石のＮ極から出てＳ極に向かうと定義したので、電流のまわりに生じる磁界が右まわりになっただけです。

（もし、電子が＋、陽子が－と定義されていたら、電流のまわりに生じる磁界は左回りとなります。あるいは、Ｎ極とＳ極の定義が逆だったとしても同じです。）

電流が陽電子によるものだったとしても、磁界が《電流の方向に対して》右回りであることは変わりません。
※粒子の運動方向そのものは、もちろん電子と陽電子では逆です。今は粒子の運動方向でなく電流の方向を考えています。

電流の方向に対して左回りの磁界を作る方法はありません（マクスウェルの方程式に反します）。

お礼

「ニュートリノに質量がある場合は、ニュートリノを追い越すと、スピンの向きが反対になる。」ということを本で読んだのですが、同様に考えると（？）、６０km/hで飛ぶベータ線を、１００km/hで追いかけてみれば、左廻りの磁界を見ることができると思うのですが、如何でしょうか？

すると、マクスウェルの方程式は特殊相対論を満たしているはずなのに、矛盾してしまうのでしょうか？

本当にマクスウェルの方程式で、電流の方向に対して右回りの磁界を作ると向きまで定めているのでしょうか？

補足

お返事ありがとうございます。

銅線中の電子の速度は、光速度より若干遅いと思うのですが（銅線中の原子と衝突するため）、それよりも速い系から眺めると、相対論的に逆まわりに見えるのでしょうか？

また、磁界の向きとスピンの向きには何か関連はないのでしょうか？