電磁力F=BILとは？モーターが回る仕組みを超やさしく図解

「電磁力（でんじりょく）」と聞くと、なんだか難しそうに感じますよね。でも、正体はとてもシンプルです。磁石のそばで電線に電流を流すと、電線がピクッと動く。ただそれだけの現象を表したものなんです。

この記事では、電気がはじめての人でも理解できるように、電磁力の公式「F＝BIL」を図とたとえでやさしく解説します。読み終わるころには、フレミング左手の法則を覚え、モーターがなぜ回るのかまで、自分の言葉で説明できるようになります。

なお、この記事を読むには「磁界（じかい）」と「電流（でんりゅう）」がなんとなくわかっていると安心です。あやしいな…という方は、先にそもそも「電気」って何？｜電子・電流・エネルギーの正体を5分で理解するを読んでおくと、この先がぐっとラクになります。

そもそも「電磁力」って何？

電磁力とは、磁界（磁石の力がはたらく空間）の中に置いた電線に電流を流したとき、電線が受ける力のことです。「電気」と「磁石」が組み合わさって生まれる力なので、「電磁力」と呼ばれます。

具体的にイメージしてみましょう。磁石のN極とS極の間に、まっすぐな電線を置きます。そこに電流をスイッチオンすると——電線がスッと横に動きます。これが電磁力です。電流が逆向きなら、動く方向も逆になります。

この電磁力は「ローレンツ力（りょく）」とも呼ばれます。テストや参考書で両方の名前が出てきますが、同じものを指していると思って大丈夫です。

公式「F＝BIL」の意味を1つずつ

電磁力の大きさは、次の公式で計算できます。記号が並んでいて身構えるかもしれませんが、1つずつほぐせば全然こわくありません。

それぞれの記号の意味を、表で確認します。専門用語はその場で言い換えるので安心してください。

公式が伝えていることは、とてもシンプルです。磁石が強いほど、電流が大きいほど、電線が長いほど、受ける力は大きくなる。3つをかけ算するだけなので、どれか1つを2倍にすれば、力も2倍になります。

磁束密度Bと磁界Hの違いでモヤモヤする方は、磁界Hと磁束密度Bの違いを完全理解｜HとBを混同しないための実践ガイドがおすすめです。そもそも磁気って何？という方は磁気とは何か?｜磁力線・磁束・磁束密度の基礎からどうぞ。

数字を入れて計算してみよう

公式は、実際に数字を入れてみると一気に身近になります。とてもやさしい例で計算してみましょう。

「1N」というのは、だいたい100gのリンゴを手のひらに乗せたときの重さくらいの力です。電線がそれだけの力でグイッと押される、とイメージするとリアルですね。

力の向きは「フレミング左手の法則」で一発

公式 F＝BIL で力の「大きさ」はわかりました。でも、「力はどっち向きに働くの？」という疑問が残りますよね。それを解決するのが、フレミング左手の法則です。

左手の親指・人差し指・中指を、それぞれ直角になるように開きます。すると、3本の指がそれぞれ「力・磁界・電流」の向きを表してくれるのです。

使い方の3ステップ

左手の法則をもっとじっくり練習したい方はフレミングの左手の法則｜電動機（モーター）の原理をマスター、対になる右手はフレミングの右手の法則｜発電機の原理でどうぞ。左右セットで覚えると混乱しません。

2本の電線が引き合う・反発する話

電磁力の応用として、もう1つ覚えておきたいのが「平行導線間の力」です。2本の電線を平行に並べて両方に電流を流すと、電線同士が引き合ったり、反発したりします。これも電磁力の仲間です。

なぜそうなるかというと、電流が流れる電線のまわりには磁界ができ、その磁界がとなりの電線に F＝BIL の力を及ぼすからです。向きは、電流の流れ方で決まります。

力の大きさは次の公式で表されます。記号が多いですが、電験を目指す人向けなので、まずは「電流が大きいほど強く、離れるほど弱い」とだけ押さえれば十分です。

μ₀（ミューゼロ）は「真空の透磁率」という決まった定数で、4π×10⁻⁷ H/m。I₁・I₂はそれぞれの電線の電流、dは電線どうしの距離です。μ₀の値は試験では問題文に書いてあることが多いので、無理に暗記しなくても大丈夫です。

モーターが回るのも、すべてF=BILのおかげ

いよいよ、電磁力のいちばん有名な応用です。扇風機も電車も動かしている「モーター（電動機）」。これは、電磁力を使って電気を回転の力に変える装置です。

モーターの基本は3つの部品

• 磁石（N極とS極）：磁界（B）をつくる
• コイル（電線をぐるぐる巻いたもの）：電流（I）を流す
• 整流子（せいりゅうし）：電流の向きを切り替えるスイッチ役

コイルに電流を流すと、フレミング左手の法則によって、コイルの片側は上向き、反対側は下向きの力を受けます。上と下で逆向きの力がかかるので、コイルがクルッと回り始めます。

なぜ「回り続ける」のか？

ここがモーターの面白いところです。もし電流の向きがずっと同じだと、コイルは90度回ったところで力のつり合いがとれて止まってしまいます。ブランコが一番高い位置で一瞬止まるのと似ています。

そこで活躍するのが「整流子」です。コイルが半回転するたびに電流の向きを自動で切り替え、いつも同じ方向に回す力をかけ続けます。これで、コイルはぐるぐる回り続けるのです。

私たちの身の回りは、モーターだらけです。扇風機、洗濯機、電車、ドローン、パソコンのファン——これらはすべて、F＝BIL の電磁力で動いています。モーターの仕組みをもっと知りたい方はモーターはなぜ回る？｜洗濯機・扇風機の「回転する電気の力」を中学生でもわかるように解説がおすすめです。

電磁力の「よくあるつまずき」を先回り

最後に、初心者がやりがちなミスをまとめておきます。ここを知っておくだけで、テストの失点がぐっと減ります。

つまり、電磁力は「左手・向き・単位」の3点に気をつければ、ほとんどのミスは防げる、ということですね。

よくある質問

まとめ

電磁力は、最初は記号や法則が多くて戸惑って当然です。でも、正体は「磁石・電流・電線がそろうと力が生まれる」というシンプルな話。公式は丸暗記ではなく、イメージできるようになることが大切です。

扇風機を見たら「あ、F＝BILで回ってるんだ」と思える。そうなれば、もう電磁力はあなたの得点源です。本文中のリンクで、苦手なところを1つずつ埋めていきましょう。