直線電流のまわりの磁界 〜右ねじの法則と方位磁針〜Magnetic Field Around a Straight Wire: Right-Hand Rule and Compasses

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. 電流が画面の手前向き（◉）に流れているとき、上から見た磁界の向きは時計回りと反時計回りのどちらだと思いますか。When the current flows toward you, out of the screen (◉), do you think the magnetic field goes clockwise or counterclockwise when seen from above?💡 右手の親指を電流の向きに向けて導線をにぎるまねをしてみましょう。Pretend to grip the wire with your right hand, with your thumb pointing in the direction of the current.
2. 電流を 0 A にすると、導線のまわりの方位磁針はどちらを向くと思いますか。If the current is set to 0 A, which way do you think the compasses around the wire will point?💡 電流がないとき、方位磁針にはたらいている磁界は何でしょうか。When there is no current, what magnetic field is still acting on a compass?

2動かしてみようTry it

1. 最初の状態（電流 I +3.0 A、磁針の距離 r 6.0 cm）で、導線の記号（◉）、磁力線の上を回る矢印の向き、4つの方位磁針の向きを観察し、右の「観測点 r の磁界の向き」と「方位磁針（北側の点）」の表示を読む。In the starting state (Current I +3.0 A, Distance r 6.0 cm), look at the wire symbol (◉), the direction of the arrows moving along the field lines, and the four compasses, and read "Field direction at r" and "Compass (north point)" on the right.
2. 「電流 I」スライダーを −3.0 A にして、導線の記号、矢印の回る向き、方位磁針の向きがどう変わるかを見る。Move the "Current I" slider to −3.0 A and see how the wire symbol, the direction the arrows circle, and the compasses change.
3. 電流 I を 0.0 A にして、方位磁針がどちらを向くかを確かめる。Set Current I to 0.0 A and check which way the compasses point.
4. 電流 I を +5.0 A にし、「磁針の距離 r」を 3.0 cm → 6.0 cm → 12.0 cm と変えて、「磁界の強さ B = μ₀I/(2πr)」の値と、北側の方位磁針の傾きを記録する。r = 3.0 cm のときの西側（左）と東側（右）の方位磁針にも注目する。Set Current I to +5.0 A and change "Distance r" from 3.0 cm to 6.0 cm to 12.0 cm, recording the "Field strength B = μ₀I/(2πr)" value and the tilt of the north compass. At r = 3.0 cm, also look closely at the west (left) and east (right) compasses.

3確かめようCheck

1. 電流が手前向き（+3.0 A、◉）のとき、磁界は上から見てどちら向きでしたか。−3.0 A ではどうでしたか。With the current toward you (+3.0 A, ◉), which way did the field go seen from above? What about at −3.0 A?→ +3.0 A では反時計回りで、北側の方位磁針は北から西へ約 18° 傾きました。−3.0 A では記号が ⊗（奥向き）になり、磁界は時計回り、北側の方位磁針は北から東へ約 18° 傾いて、向きがすべて逆になりました。At +3.0 A it was counterclockwise, and the north compass tilted about 18° west of north. At −3.0 A the symbol became ⊗ (away from you), the field was clockwise, and the north compass tilted about 18° east of north: every direction reversed.
2. 電流を 0 A にすると方位磁針はどうなりましたか。What did the compasses do when the current was 0 A?→ 4つとも北を向きました（地磁気だけの向き）。磁界の強さの表示は 0.0 μT でした。All four pointed north (the direction of Earth's field alone). The field strength display read 0.0 μT.
3. 電流 +5.0 A で距離 r を 3.0 cm、6.0 cm、12.0 cm と変えると、磁界の強さはどう変わりましたか。With +5.0 A, how did the field strength change as r went from 3.0 cm to 6.0 cm to 12.0 cm?→ 約 33.3 μT → 16.7 μT → 8.3 μT と、距離が2倍になるごとに半分になりました（B は r に反比例）。北側の方位磁針の傾きも約 48° → 29° → 16° と小さくなりました。It went from about 33.3 μT to 16.7 μT to 8.3 μT, halving each time the distance doubled (B is inversely proportional to r). The north compass's tilt also shrank, from about 48° to 29° to 16°.
4. +5.0 A、r = 3.0 cm のとき、東側と西側の方位磁針はそれぞれどちらを向いていましたか。At +5.0 A and r = 3.0 cm, which way did the east and west compasses point?→ 東側は北を向いたままでしたが、西側は N 極が南を向きました。西側では電流の磁界（約 33 μT、南向き）が地磁気（約 30 μT、北向き）より強く、合成すると南向きになるためです。The east compass still pointed north, but the west compass's N pole turned to point south. On the west side the wire's field (about 33 μT, pointing south) is stronger than Earth's field (about 30 μT, pointing north), so the combined field points south.

4考えようThink further

1. 電流が小さいときや導線から遠いとき、方位磁針が少ししか動かないのはなぜですか。実験で方位磁針を大きく振らせるにはどうすればよいですか。Why does a compass move only a little when the current is small or the compass is far from the wire? How could you make it swing more in an experiment?→ 方位磁針は電流の磁界と地磁気を合わせた向きを指すので、電流の磁界が地磁気より弱いと北からあまりずれません。電流を大きくする、方位磁針を導線に近づける、導線を南北方向に置いてその真上か真下に方位磁針を置く、などの方法で大きく振らせることができます。A compass points along the sum of the wire's field and Earth's field, so if the wire's field is weaker than Earth's, the needle stays close to north. You can make it swing more by increasing the current, moving the compass closer to the wire, or laying the wire north–south and placing the compass directly above or below it.

よくある誤解Common misconceptions

• 「磁界は導線から外向き（放射状）に出ている」という誤解。直線電流の磁界は導線を中心とする同心円状で、導線を回るようにできる。The idea that the magnetic field points straight out from the wire (radially). The field of a straight current forms concentric circles that loop around the wire.
• 「方位磁針は電流の磁界の向きだけを指す」という誤解。実際には地磁気と合わさった向きを指すので、電流が小さいと少ししか傾かない。The idea that a compass shows only the direction of the wire's field. It actually points along the combination with Earth's field, so with a small current it tilts only a little.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)