磁気モーメントの物理的意味

質問

物理の教科書には磁気モーメントが

m=Qd

と書かれていましたが、これの物理的な意味がいまいち理解できませんでした。

Qとdの積が一体何を示しているのか、分かる方は教えていただけませんか？

回答No.1

sanori

こんばんは。

まず、ちょっとだけ脱線しますが、
マクスウェル方程式４本のうちの２本、

∇・Ｄ→　＝　ρ　　・・・電場の源（単独のプラス電荷、単独のマイナス電荷）はある。

∇・Ｂ→　＝　０　　・・・磁場の源（単独のＮ極、単独のＳ極）はない。

単独のＮ極、単独のＳ極のことは、仮に「磁気単極子（モノポール）」と呼ばれていて、
宇宙論に関連して、実は存在するとか、存在しないとか、現在でも、ことあるごとに議論されています。
しかしながら、古典電磁気学（＝マクスウェル方程式）では、磁気単極子はないものとして方程式が立てられています。

さて、
磁気単極子がないということは、磁場が存在するためには、Ｎ極とＳ極のペアが存在しなくてはいけません。
しかし、Ｎ極とＳ極の距離がゼロであるとすれば、Ｎ極による磁場とＳ極による磁場は完全に相殺してゼロとなります。
つまり、Ｎ極もＳ極もないのと同じです。
ですから、磁場が存在するためには、Ｎ極とＳ極との間に距離　ｄ→　が必要です。
ｄ→　に磁極（Ｎ、Ｓ）の強さＱをかけたものが　ｍ→　です。
Ｑが大きいほど磁場が強くなるのは、当たり前ですよね。
そして、ｄ→　の大きさが大きいほど、磁極の近辺でも、磁気双極子からある程度離れたところでも、磁場の強さが大きくなります。
これは、鉄亜鈴の腕の長さが長いほど、遠くから見たときでも腕の長さが長く見えやすいことと同じです。長いほど、鉄亜鈴の両端の２つの鉄球が別々のものに見えます。（＝ＮとＳが別々に見えます。）

ですから、物理的意味としては、
「磁気双極子によって発生される磁場は、磁気双極子の長さが長いほど強くなる。
　磁気双極子の長さがゼロであれば、磁場を発生できなくなる。」
ということになります。

それを踏まえて、下記の記事もご参考にどうぞ。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%A3%81%E6%B0%97%E3%83%A2%E3%83%BC%E3%83%A1%E3%83%B3%E3%83%88

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%A3%81%E6%B0%97%E5%8F%8C%E6%A5%B5%E5%AD%90
（磁気モーメントは、「磁気双極子モーメント」を真空の透磁率μ0 で割っただけのものです。）

以上、ご参考になりましたら。