【実験】直線電流のまわりの磁界（実験書） tan θ tan θ

【実験】直線電流のまわりの磁界（実験書）
【目的】
直線電流が周囲に作る磁界の様子を調べる。
【準備物】
直流安定化電源電流計方位磁石直線電流の磁界測
定用ステージ（アクリル板 32cm ☓ 18cm 厚さ 5mm），板，
角材，Ｌ字金具，ビス（真鍮），エナメル被覆銅線，ホーロ
ー抵抗（１Ω－２０Ｗ）スイッチ，直定規
【実験方法】
１直線電流の磁界測定用ステージを作る。
・アクリルケースに穴を空け４回～５回エナメル被覆銅線（０.４
mm 程度）を間隔を巻く。
（注意、アーム部分は長いほど直線電流
に近づく）銅線に抵抗とスイッチを介して電源につなぐ。
２電流の強さＩと磁界の強さの関係《実験１》
，直線電流からの距離ｒと磁界の強さの関係《実験２》を調べる。
(1)≪実験１≫ 電流の強さＩと磁界の強さの関係
・ｒを一定（例えば２.０ cm）にして，電流 I を変化させたとき，θの値を読み取る。
・tan θと I の関係をグラフにする。
(2)≪実験２≫ 直線電流からの距離ｒと磁界の強さの関係
・Ｉを一定（例えば２.０ A）にして，電流からの距離ｒを変化させたとき，θの値を読み取る。
・tan θと１/ｒの関係をグラフにする。
【測定結果】
《実験 1》ｒ＝（
θ
tan θ
I〔A〕
）cm
tan θ
2.0
1.5
1.0
0.5
0
【測定結果】
《実験２》 I ＝（
θ
tan θ ｒ〔cm〕
）A
１／ｒ
5
10
電流 I〔A〕
15 〔A〕
tan θ
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.2
0.4
0.6
0.8 〔1/cm〕
距離の逆数１/ｒ
-1-
【実験】直線電流の作る磁界（実験レポート）
【理論】電流のまわりに方位磁石を置くと，地磁気による磁界の水平成分Ｈ０と電流が作る強さＨの
磁界との合成磁界の向きを向く。はじめに電流を流さない状態で，方位磁石の N 極が直線電流の方
を向くように設置しておく。直線電流から距離ｒ〔m〕だけ離れた点に方位磁石を置き，強さＩ〔A〕
の電流を流して，方位磁石がθ〔rad〕回転したとき，Ｈ＝（①
）である。Ｈ０は一定なの
で，tan θは電流によって生じた磁界の強さに比例する。ここで，電流による磁界の強さが，Ｈ＝Ｉ/
２πｒであるならば，tan θ＝１/（２πＨ０）✕（②
）となり，tan θは，電流の大きさＩ
に{③ 比例・反比例｝し，距離ｒに{④ 比例・反比例｝することが考えられる。
【測定結果】
《実験 1》ｒ＝（
θ
tan θ
I〔A〕
）cm
tan θ
2.0
1.5
1.0
0.5
0
【測定結果】
《実験２》 I ＝（
θ
tan θ ｒ〔cm〕
）A
１／ｒ
5
10
電流 I〔A〕
15 〔A〕
tan θ
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0.04
0.08
0.12
0.16 〔1/cm〕
距離の逆数１/ｒ
【結果と考察】
月
日
曜
限
講座
年
組
-2-
席
名前
【実験】直線電流のまわりの磁界（実験書）
【目的】
直線電流が周囲に作る磁界の様子を調べる。
【準備物】
直流安定化電源電流計方位磁石直線電流の磁界測
定用ステージ（アクリル板 32cm ☓ 18cm 厚さ 5mm），板，
角材，Ｌ字金具，ビス（真鍮），エナメル被覆銅線，ホーロ
ー抵抗（１Ω－２０Ｗ）スイッチ，直定規
【実験方法】
１直線電流の磁界測定用ステージを作る。
・アクリルケースに穴を空け４回～５回エナメル被覆銅線（０.４
mm 程度）を間隔を巻く。
（注意、アーム部分は長いほど直線電流
に近づく）銅線に抵抗とスイッチを介して電源につなぐ。
２電流の強さＩと磁界の強さの関係《実験１》
，直線電流からの距離ｒと磁界の強さの関係《実験２》を調べる。
(1)≪実験１≫ 電流の強さＩと磁界の強さの関係
・ｒを一定（例えば２.０ cm）にして，電流 I を変化させたとき，θの値を読み取る。
・tan θと I の関係をグラフにする。
(2)≪実験２≫ 直線電流からの距離ｒと磁界の強さの関係
・Ｉを一定（例えば２.０ A）にして，電流からの距離ｒを変化させたとき，θの値を読み取る。
・tan θと１/ｒの関係をグラフにする。
【測定結果】
《実験 1》ｒ＝（３.５）cm
θ
tan θ
I〔A〕
59
1.66
15.27
53.5
1.35
11.90
46
1.03
9.34
39
0.81
6.11
22
0.40
2.61
電流は，束ねた分の全電流
tan θ
2.0
1.5
1.0
0.5
0
5
10
電流 I〔A〕
15 〔A〕
【測定結果】
《実験２》 I ＝（１０）A
tan θ
θ
tan θ ｒ〔cm〕
１／ｒ
0.8
37
28.5
22
17.5
14
0.75
0.54
0.40
0.32
0.25
5.5
7.48
9.5
11.5
13.5
0.18
0.13
0.11
0.087
0.074
0.6
0.4
0.2
0
0.04
0.08
0.12
0.16〔1/cm〕
距離の逆数１/ｒ［1/cm］
-3-
【実験】直線電流の作る磁界（実験レポート）
【理論】電流のまわりに方位磁石を置くと，地磁気による磁界の水平成分Ｈ０と電流が作る強さＨの
磁界との合成磁界の向きを向く。はじめに電流を流さない状態で，方位磁石の N 極が直線電流の方
を向くように設置しておく。直線電流から距離ｒ〔m〕だけ離れた点に方位磁石を置き，強さＩ〔A〕
の電流を流して，方位磁石がθ〔rad〕回転したとき，Ｈ＝（① Ｈ０ tan θ ）である。Ｈ０は一定な
ので，tan θは電流によって生じた磁界の強さに比例する。ここで，電流による磁界の強さが，Ｈ＝
Ｉ/２πｒであるならば，tan θ＝１/（２πＨ０）✕（② Ｉ／ｒ）となり，tan θは，電流の大きさ
Ｉに{③ 比例・反比例｝し，距離ｒに{④ 比例・反比例｝することが考えられる。
【測定結果】
《実験 1》ｒ＝（３.５）cm
θ
tan θ
I〔A〕
tan θ
2.0
59
1.66
15.27
53.5
1.35
11.90
46
1.03
9.34
39
0.81
6.11
22
0.40
2.61
電流は，束ねた分の全電流
1.5
1.0
0.5
0
5
10
電流 I〔A〕
15 〔A〕
【測定結果】
《実験２》 I ＝（１０）A
tan θ
θ
tan θ ｒ〔cm〕
１／ｒ
0.8
37
28.5
22
17.5
14
0.75
0.54
0.40
0.32
0.25
5.5
7.48
9.5
11.5
13.5
0.6
0.18
0.13
0.11
0.087
0.074
0.4
0.2
0
0.04
0.08
0.12
0.16〔1/cm〕
距離の逆数１/ｒ［1/cm］
【結果と考察】
月
日
曜
限
講座
年
組
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席
名前
【実験装置製作と測定指導上の参考】
①装置の寸法３０ cm ☓６０ cm のロの字型コイル。１０芯の多芯線を使って電流を１０倍にして
いる。ステージの大きさは１８ cm ☓３２ cm。四角いプラスチック枠のついた方位磁石を N-S 上に
動かせるようものさしを洗濯ばさみで固定しておき，距離が同時に読み取れるよう工夫する。
②ロの字型コイルであることから，測定している電流の奥に逆向きの直線電流があるため，グラフは
必然的に原点を通らない。距離が遠くになれば，それらの電流は相殺されることから，適切な範囲で
測定する指示を出すことが教育的であろう。この点については，添付の論文および Excel の測定結果
を参照されたい。
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