と磁束密度B(磁束密度)の違いとは?🔍 イメージで理解する「HとB」&#){kind=link}
目次
⚡ 磁気の勉強で、こんな混乱をしていませんか?
- 「磁界H」と「磁束密度B」って何が違うの?
- B = μH の式は覚えたけど、透磁率μの意味がよくわからない…
- 空気中と鉄心中で計算方法が変わるって本当?
- 試験問題で「HとBのどっちを使えばいいか」いつも迷う…
この記事を読めば、HとBの違いが「原因と結果」として明確に理解でき、試験問題で確実に得点できるようになります!
💡 磁界H(磁界の強さ)と磁束密度B(磁束密度)の違いとは?
電験三種の「電磁気」分野で最も混乱しやすいのが、「磁界H」と「磁束密度B」の違いです。
結論から言うと、この2つは「原因」と「結果」の関係にあります。
🔍 イメージで理解する「HとB」
- 磁界H(磁界の強さ) → 「磁気を発生させようとする力」(原因)
- 磁束密度B → 「実際にどれだけ磁気が通ったか」(結果)
水の流れで例えると、Hは「水を押し出す力」(ポンプの圧力)、Bは「実際に流れた水の量」です。
📌 磁界H(磁界の強さ)とは?
磁界Hは、「コイルなどで磁気を発生させようとする力の強さ」を表します。
磁界Hの定義式:
H = NI / l [A/m]
- N = コイルの巻数 [回]
- I = 流れる電流 [A]
- l = 磁路の長さ [m]
単位は [A/m](アンペア毎メートル) です。
これは「1メートルあたり何アンペアの電流で磁気を発生させているか」を表します。
💬 覚え方のコツ
磁界Hは「磁気を作ろうとする努力」。コイルの巻数が多く、電流が大きいほどHは大きくなります。
📌 磁束密度B(ビー)とは?
磁束密度Bは、「実際にどれだけ磁気(磁束)が通ったか」を表します。
磁束密度Bの定義式:
B = Φ / S [T]
- Φ = 磁束 [Wb(ウェーバ)]
- S = 断面積 [m²]
単位は [T](テスラ) です。
これは「1平方メートルあたり何ウェーバの磁束が通っているか」を表します。
💬 覚え方のコツ
磁束密度Bは「実際に流れた磁気の結果」。材質(透磁率μ)によって、同じHでもBの大きさは変わります。
🔧 B = μH の透磁率μ(ミュー)の意味を理解しよう
磁界H(原因)と磁束密度B(結果)をつなぐのが、透磁率μ(ミュー)です。
基本公式:
B = μH
- B = 磁束密度 [T]
- μ = 透磁率 [H/m](ヘンリー毎メートル)
- H = 磁界の強さ [A/m]
📌 透磁率μとは?
透磁率μは、「その材質が磁気をどれだけ通しやすいか」を表す値です。
🔍 水の流れで例えると…
- H(磁界の強さ) = ポンプの圧力
- μ(透磁率) = パイプの太さ(水の通りやすさ)
- B(磁束密度) = 実際に流れた水の量
太いパイプ(大きいμ)なら、同じ圧力(H)でも多くの水(B)が流れますよね?
これがB = μHの意味です!
📌 透磁率の2つの種類
透磁率μには、真空(空気)の透磁率μ₀と、材質ごとの透磁率μがあります。
| 項目 | 記号 | 値 | 意味 |
|---|---|---|---|
| 真空の透磁率 | μ₀ | 4π×10⁻⁷ [H/m] | 空気中(真空中)の磁気の通りやすさ |
| 比透磁率 | μₛ | 材質による(無次元) | 真空に比べて何倍通りやすいか |
| 透磁率 | μ | μ = μₛ × μ₀ | 材質の実際の透磁率 |
📘 試験でよく出る比透磁率μₛの値
- 空気(真空) → μₛ ≈ 1(基準)
- 鉄心 → μₛ ≈ 1000 ~ 10000(めちゃくちゃ通りやすい!)
つまり、鉄心を使うと、空気中の1000倍以上も磁気が通りやすくなるということです!
⚡ 空気中と鉄心中の磁気回路を比較しよう
電験三種の問題では、「空気中の磁気回路」と「鉄心中の磁気回路」の計算がよく出題されます。
この2つの違いをしっかり押さえておけば、確実に得点できます!
📌 空気中の磁気回路
空気中では、透磁率が真空の透磁率μ₀のみです。
空気中の磁束密度B:
B = μ₀H
μ₀ = 4π×10⁻⁷ [H/m]
💡 計算例
磁界の強さH = 1000 [A/m] のとき、空気中の磁束密度Bは?
B = μ₀H = 4π×10⁻⁷ × 1000
≈ 1.26×10⁻³ [T] = 1.26 [mT]
📌 鉄心中の磁気回路
鉄心中では、透磁率がμ = μₛ × μ₀となり、同じHでもBが大きくなります!
鉄心中の磁束密度B:
B = μH = μₛ × μ₀ × H
μₛ ≈ 1000 ~ 10000(鉄心の比透磁率)
💡 計算例
同じ磁界H = 1000 [A/m]、鉄心の比透磁率μₛ = 2000のとき、鉄心中の磁束密度Bは?
B = μₛ × μ₀ × H = 2000 × 4π×10⁻⁷ × 1000
≈ 2.52 [T]
→ 空気中の約2000倍!
📊 空気中 vs 鉄心中の比較表
| 項目 | 空気中 | 鉄心中 |
|---|---|---|
| 透磁率μ | μ₀のみ | μₛ × μ₀ |
| 比透磁率μₛ | ≈ 1 | 1000 ~ 10000 |
| 磁束密度B | 小さい | 大きい(1000倍以上!) |
| 計算式 | B = μ₀H | B = μₛ × μ₀ × H |
🎯 試験対策のポイント
- 問題文に「空気中」とあれば → B = μ₀H
- 問題文に「鉄心」とあれば → B = μₛ × μ₀ × H
- 鉄心の比透磁率μₛは問題文で与えられることが多い!
🎯 試験で使える!HとBの実践テクニック
✅ 判断基準:HとBどっちを使う?
| 問われている内容 | 使う値 | 理由 |
|---|---|---|
| コイルの巻数や電流から磁気を計算 | H | Hは「原因」だから |
| 材質中を通る磁束密度を計算 | B | Bは「結果」だから |
| 鉄心と空気中の磁気を比較 | B | 透磁率μの違いが影響 |
📘 暗記すべき公式まとめ
- 磁界の強さ: H = NI / l [A/m]
- 磁束密度の基本式: B = μH [T]
- 透磁率: μ = μₛ × μ₀
- 真空の透磁率: μ₀ = 4π×10⁻⁷ [H/m]
💬 覚え方のコツ
Hは「発生源」、Bは「通った結果」、μは「通しやすさ」!
この3つのイメージを繰り返し思い出しましょう。
✅ まとめ:HとBを完全マスターして得点源にしよう!
この記事では、磁界Hと磁束密度Bの違い、そして透磁率μの役割について、イメージと計算の両面から解説しました。
🎯 この記事のポイント
- H(磁界の強さ) = 「磁気を作ろうとする力」(原因)
- B(磁束密度) = 「実際に通った磁気」(結果)
- μ(透磁率) = 「磁気の通しやすさ」
- 鉄心中では、Bが空気中の1000倍以上になる!
- 試験では、「空気中ならμ₀」「鉄心ならμₛ×μ₀」を見極める!
電磁気の問題は、イメージが全てです。
「H→μ→B」という流れを頭の中でしっかりイメージできれば、計算問題もスムーズに解けるようになります。
この記事が、あなたの電験三種合格への一歩になれば嬉しいです。
合格目指して、一緒に頑張りましょう! 🎯⚡