E-B対応とE-H対応と磁場

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E-B対応とE-H対応と磁場の違い

E-B対応とE-H対応 vs. 磁場

電場E は、電荷から発する場として自然に定義されるが、磁場に関しては歴史的経緯から二種類の流派があり、現在でも両方が使われている。それがE-B 対応とE-H 対応である。 E-B 対応は、全ての磁場は電流から発するとし、基本公式を とする。つまり、磁束密度Bを電流素片Id lがうける力として定義するわけである。このとき磁場Hは,磁性体が存在する場において磁化電流を考えずにアンペールの法則が成立するように便宜的に導入される。 一方のE-H 対応は、磁場にもその源になる磁荷が存在し、 q_\boldsymbol というクーロンの法則が成立するということを出発点とする。このとき、単位の大きさの磁荷が発する場が磁場Hとなり、以降の理論展開は電場と全く同じになる。これは、電流の磁場作用が発見される前から、「磁石」という磁場を発する物体が存在したために自然に現れた概念である。 この場合、静電気学で誘電体が存在する場にガウスの法則を成立させるために電束密度D を導入したのと同じ考えで、磁性体の存在する場にBが導入される。 現代の古典電磁気学では、単極磁荷は存在せず全ての磁場は電流から生じる、としている。磁石が発する磁場の正体は磁石を構成する原子の電子スピンで、すなわち古典的には電流と見なせる。そのため現代の電磁気学教育においては、物理的な描写が正しいE-B 対応が主流を占めている。しかし、現在でもE-H対応を前提とする電磁気学の教科書はあることから、いま読んでいる本がE-B 対応とE-H 対応のどちらで書かれているかを意識することは必要である。. 磁場（じば、Magnetic field）は、電気的現象・磁気的現象を記述するための物理的概念である。工学分野では、磁界（じかい）ということもある。 単に磁場と言った場合は磁束密度Bもしくは、「磁場の強さ」Hのどちらかを指すものとして用いられるが、どちらを指しているのかは文脈により、また、どちらの解釈としても問題ない場合も多い。後述のとおりBとHは一定の関係にあるが、BとHの単位は国際単位系（SI）でそれぞれWb/m², A/m であり、次元も異なる独立した二つの物理量である。Hの単位はN/Wbで表すこともある。なお、CGS単位系における、磁場（の強さ）Hの単位は、Oeである。 この項では一般的な磁場の性質、及びHを扱うこととする。 磁場は、空間の各点で向きと大きさを持つ物理量（ベクトル場）であり、電場の時間的変化または電流によって形成される。磁場の大きさは、+1のN極が受ける力の大きさで表される。磁場を図示する場合、N極からS極向きに磁力線の矢印を描く。 小学校などの理科の授業では、砂鉄が磁石の周りを囲むように引きつけられる現象をもって、磁場の存在を教える。このことから、磁場の影響を受けるのは鉄だけであると思われがちだが、強力な磁場の中では、様々な物質が影響を受ける。最近では、磁場や電場（電磁場、電磁波）が生物に与える影響について関心が寄せられている。.

マクスウェルの方程式

マクスウェルの方程式（マクスウェルのほうていしき、Maxwell's equations）は、電磁場のふるまいを記述する古典電磁気学の基礎方程式である。マイケル・ファラデーが幾何学的考察から見出した電磁力に関する法則が1864年にジェームズ・クラーク・マクスウェルによって数学的形式として整理された。マクスウェル-ヘルツの電磁方程式、電磁方程式などとも呼ばれ、マクスウェルはマックスウェルとも表記される。 真空中の電磁気学に限れば、マクスウェルの方程式の一般解は、ジェフィメンコ方程式として与えられる。 なお、電磁気学の単位系は、国際単位系に発展したMKSA単位系のほか、ガウス単位系などがあるが、以下では原則として、国際単位系を用いることとする。.

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アンペールの法則

アンペールの法則（アンペールのほうそく; Ampère's circuital law）は電流とそのまわりにできる磁場との関係をあらわす法則である。1820年にフランスの物理学者アンドレ＝マリ・アンペール(André-Marie Ampère)が発見した。.

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クーロンの法則

ーロンの法則（クーロンのほうそく、Coulomb's law）とは、荷電粒子間に働く反発し、または引き合う力がそれぞれの電荷の積に比例し、距離の2乗に反比例すること（逆2乗の法則）を示した電磁気学の基本法則。 ヘンリー・キャヴェンディッシュにより1773年に実験的に確かめられ、シャルル・ド・クーロンが1785年に法則として再発見した。磁荷に関しても同様の現象が成り立ち、これもクーロンの法則と呼ばれる。一般的にクーロンの法則と言えば、通常前者の荷電粒子間の相互作用を指す。クーロンの法則は、マクスウェルの方程式から導くことができる。 また、導体表面上の電場はその場所の電荷密度に比例するという法則も「クーロンの法則」と呼ばれる。こちらは「クーロンの電荷分布の法則」といい区別する。.

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磁石

磁石（じしゃく、、マグネット）は、二つの極（磁極）を持ち、双極性の磁場を発生させる源となる物体のこと。鉄などの強磁性体を引き寄せる性質を持つ。磁石同士を近づけると、異なる極は引き合い、同じ極は反発しあう。.

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磁荷

磁荷（じか、Magnetic charge）は、磁極が帯びている磁気の量。 単位はウェーバ。 「磁荷」のほかに「磁気量」、「磁極の強さ」ともいう。 N極の磁荷は正、S極は負と定義される。 電気における電荷に対応するものとして考えられたが、 N極やS極の磁荷というものが単体で発見されたことはない。 観測される磁気は、 単一の磁荷（磁気単極子、モノポール(magnetic monopole)）に由来するものではなく、 常にN極とS極がペアになった磁気双極子の形をもつ。 観測される磁気は磁荷によるものではなく、 古典論の立場では電流（電荷の移動）による。 量子論の立場では、 例えば原子の中の電子の軌道角運動量に由来する磁気モーメントや、 電子自体のスピンに由来する磁気モーメントが、 物質の磁性の源となる。 電磁気学の計算が磁荷をもちいると簡単になる場合があるので、 仮想的な道具として使われることがある。 磁荷の間にはたらく力はクーロンの法則とほぼ同じ形で書くことができる。 また、マクスウェルの方程式に磁荷をとり入れると、電場と磁場の対称性が高まる。 磁気単極子の存在を支持する理論もあり、現在でも磁気単極子を検出する試みは続けられている。.

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磁束密度

磁束密度（じそくみつど、）とは、文字通り磁束の単位面積当たりの面密度のことであるが、単に磁場と呼ばれることも多い。磁束密度はベクトル量である。 記号 B で表されることが多い。国際単位系 (SI)ではテスラ (T)、もしくはウェーバ毎平方メートル (Wb/m2)である。.

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電場

電場（でんば）または電界（でんかい）（electric field）は、電荷に力を及ぼす空間（自由電子が存在しない空間。絶縁空間）の性質の一つ。E の文字を使って表されることが多い。おもに理学系では「電場」、工学系では「電界」ということが多い。また、電束密度と明確に区別するために「電場の強さ」ともいう。時間によって変化しない電場を静電場（せいでんば）または静電界（せいでんかい）とよぶ。また、電場の強さ（電界強度）の単位はニュートン毎クーロンなので、アンテナの実効長または実効高を掛けると、アンテナの誘起電圧 になる。.

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電束密度

電束密度（でんそくみつど、）は、電荷の存在によって生じるベクトル場である。 電気変位（）とも呼ばれる。電場の強度は電荷に力を及ぼす場であり、電束密度とは由来が全く異なる場であるが、真空においては普遍定数により結び付けられてその違いが現れない。誘電体を考える場合には両者の違いが現れるが、誘電体を真空における電荷の分布であると考えることで、電束密度をあらわに用いる必要はなくなる。SIにおける単位はクーロン毎平方メートル（記号: C m）が用いられる。.

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電流

電流（でんりゅう、electric current電磁気学に議論を留める限りにおいては、単に と呼ぶことが多い。）は、電子に代表される荷電粒子他の荷電粒子にはイオンがある。また物質中の正孔は粒子的な性格を持つため、荷電粒子と見なすことができる。の移動に伴う電荷の移動（電気伝導）のこと、およびその物理量として、ある面を単位時間に通過する電荷の量のことである。 電線などの金属導体内を流れる電流のように、多くの場合で電流を構成している荷電粒子は電子であるが、電子の流れは電流と逆向きであり、直感に反するものとなっている。電流の向きは正の電荷が流れる向きとして定義されており、負の電荷を帯びる電子の流れる向きは電流の向きと逆になる。これは電子の詳細が知られるようになったのが19世紀の末から20世紀初頭にかけての出来事であり、導電現象の研究は18世紀の末から進んでいたためで、電流の向きの定義を逆転させることに伴う混乱を避けるために現在でも直感に反する定義が使われ続けている。 電流における電荷を担っているのは電子と陽子である。電線などの電気伝導体では電子であり、電解液ではイオン（電子が過不足した粒子）であり、プラズマでは両方である。 国際単位系 (SI) において、電流の大きさを表す単位はアンペアであり、単位記号は A であるアンペアはSI基本単位の1つである。。また、1アンペアの電流で1秒間に運ばれる電荷が1クーロンとなる。SI において電荷の単位を電流と時間の単位によって構成しているのは、電荷より電流の測定の方が容易なためである。電流は電流計を使って測定する。数式中で電流量を表すときは または で表現される。.

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