磁界と電流

質問

導線は電流の向きが磁界に平行でないときは力を受け、平行なときは力を受けない。と教科書には書かれてあります。平行でないときの磁界の合成は教科書に図で書かれてあるのを見て納得できました。しかし磁界と電流が平行な場合は
「合成磁界が電流のまわりに対称なので、力を受けないこともすぐにわかる」・・・Ａ
と書いてあるだけです。この意味が？？？です。
たとえば、下がＮ極、上がＳ極としてその中を下から上へ導線が貫き電流も下から上へ流す。そしたら導線のつくる磁界を円盤みたいとするとそれを下から上へ貫くように磁石の磁界が貫く感じになるのだと思います。合成磁界は手前側は磁石による磁界は上へ、電流の作る磁界は右向き、合わせると右上向きになると思います。それが円盤上ぐるりとなっている状態になるのでは？と考えました。ネジ状というか螺旋ぽいというか・・・。そうなると、その磁界の中の導線はどうなるんだろう、と難しく考えてしまいます（事実は力を受けないのですが）。私のこのイメージ、間違っているのでしょうか？
Ａの意味さえわかればこの疑問は解決するのでしょうが、どう理屈で考えればいいのかわかりません。
言葉だけで説明するのは難しいかもしれませんが、分かる方、わかりやすくご説明よろしくお願いします。

回答No.2

ojisan7

>電流の向きが磁界に平行でないときは内部磁場と外部磁場の合成で影響されるので

これはどなたに教わりましたか？それは間違った解釈です。定常電流が磁場から受ける力は、外部磁場だけに影響されます。もっと正確に言えば電流線素は自らが生成した磁場の影響は受けません。しかし、他の線素からの磁場の影響は受けます。それについては、たとえばコイルを思い浮かべればよいでしょう。定常の直線電流は外部磁場のみに影響され、自己の生み出す磁場からは力を受けません。外部磁場と直線電流がどのような角度であっても同じことです。だから、内部磁場と外部磁場の合成磁場を考える必要はありません。ただし、電流が定常でない場合には状況はすこし複雑になります。その辺のことについては高校の程度を越えます。

＊No1の括弧（　）内に記したことは、電流が内部磁場の影響を受けないことのイメージを簡単に話したものです。厳密なものではありませんので、そのことに深入りする必要はありません。

お礼

だいぶ日が過ぎてしまいましたが、回答いただけなく残念でした。もし心変わりしてもう一度お答えいただけるならうれしいのですが、もう少し待ってます。貴重な参考意見お聞かせください。よろしくお願いします。

補足

ご回答ありがとうございます。的外れな考え方や質問だからもう回答いただけないかと思っておりました。だからもうこの問題はお蔵入りかもと思いつつもあのあと一人で頭の中で試行錯誤していました。

＞電流の向きが磁界に平行でないときは内部磁場と外部磁場の合成で影響されるので

というのは物理の教科書には磁石の磁界と電流のつくる磁界の合成でくにゃりと導線をまわるように曲がっている図があります。その曲がった磁力線の（まっすぐになろうとする）力により導線が力を受ける・・・みたいな説明がされているので、そう思っていたんですが、それを「磁界の合成」というのは間違いなのでしょうか？すみません、理解できなくて・・・。

一人で悶々と考えてある一つの結論がでました。これがわかればこれについての問題が解決しそうです。導線が磁石の磁界に平行なときは磁石の極側からみると導線は点にしかみえないですよね。その時磁石の磁力線がその導線の点の部分に当たって力をうけないのでしょうか？自分の考えた結論は、「点なので当たっても磁力線は一本のみ、だから導線を動かせるほどの力はない」というものです。しかしでは超強力な磁石だったらどうなの？と考えると磁力線一本でもそうとうな力が加わり動くのでは？と考えてしまいます。その前に電流の通ってる導線に磁力線が当たって（ぶつかって）導線が力を受けるということ、そのこと自体が正しい考えなのかどうなのか・・・。うーん、わからない・・・。

物理に弱い私にもう少し智慧をお貸しください。上二点よろしくお願いします。<m(__)m>

回答No.1

ojisan7

>合成磁界は・・・右上向きになると思います。それが円盤上ぐるりとなっている状態になるのでは？
外部磁場と電流が生み出す磁場の合成は確かにそうなりますが、電流（導線）が受ける力は外部磁場だけに影響され、自己の生み出す磁場（内部磁場）からは力を受けません。このことは、直線上の導線に電流が流れている場合、その電流は自己の生み出す磁場からは何の力も受けていないことを考えてみれば理解できることだと思います。（力を受けていると考えることもできますが、その電流には電流と磁場に垂直な方向つまり、電流に垂直で内側に向かう力が電流の四方から加わりますので、その合力は０となります。）
ですから、ご質問の、合成磁場が「右上向きで、円盤上ぐるりとなっている状態」ときでも同様です、電流に働く力は、電流に垂直に内向きに働く力の合力が０になりますので、導線は磁場（外部磁場、内部磁場）から力を受けません。

補足

ご回答ありがとうございます。わかりそうでわからない・・・という感じでしょうか。
もうちょっと補足質問させてください。

＞電流（導線）が受ける力は外部磁場だけに影響され、

とありましたが、電流の向きが磁界に平行でないときは内部磁場と外部磁場の合成で影響されるので、外部磁場だけに影響される、というのはちょっとうまく納得できません。電流の向きが平行なときのことについて仰ったことなのでしょうか。

＞合成磁場が「右上向きで、円盤上ぐるりとなっている状態」ときでも同様です

ですが。導線に接する部分について、導線と右上向きのの磁力線との角をθとするとフレミング左手の法則を当てはめて右上向きの磁力線を人差し指、導線のsinθの向きに中指、そして親指が中心に向かう力、となるのでしょうか？点対称の反対側では逆方向に力が働くから合力0なのかな？でも磁力線は電流の向きが磁界に平行でないときのように曲がってないと思うので磁力線の力が導線に加わるのか疑問です。

というわけで頭がこんがらがってきている状態です。すみませんが、もう少しだけ助言いただけると有難いです。よろしくお願いします。