Magnetic Field Strength (磁場強度, H)
Magnetic field strength (H) は、電流や磁性体によって生成される磁場の強さを表すベクトル量です。単位はアンペア毎メートル(A/m)で、物質の応答とは独立して、磁束を誘導する磁化力そのものを意味します。
Magnetic Field Strength と Magnetic Flux Density の違い
(磁場強度と磁束密度の違い)
磁場強度 H と磁束密度 B は関連していますが、異なる物理量です:
B = μH、ただし μ = μ₀ × μᵣ
ここで:
B:磁束密度(テスラ, T)
H:磁場強度(A/m)
μ:媒質の透磁率
μ₀:真空の透磁率(4π × 10⁻⁷ H/m)
μᵣ:相対透磁率(物質ごとの値)
磁性体内では、次のように表されます:
B = μ₀(H + M)
ここで M は磁化ベクトルで、物質内の磁気的応答を示します。
なお、次のように次元が整合することで式の正しさが確認されます:
B = μH → T = (H/m) × (A/m)
磁場強度の計算式(Formulas for H)
直線導体の場合:
H = I / (2πr)
I:電流(A)
r:導体からの距離(m)
無限長の直線導体に適用可能
ソレノイド(Solenoid)の場合:
H = nI
n:単位長さあたりの巻数(1/m)
I:電流(A)
長い空芯ソレノイドや非磁性体コアの場合に有効。磁性体コアでも H の値は変わりません。
計算例(Example Calculations)
空芯ソレノイド:
n = 200 巻/m、I = 3 A の場合:
H = 200 × 3 = 600 A/m
空気中(μᵣ ≈ 1)では:
B = μ₀H ≈ 4π × 10⁻⁷ × 600 ≈ 0.75 mT
鉄心ソレノイド:
同じソレノイドで相対透磁率 μᵣ = 5000 の強磁性体コアを使用する場合:
B = μ₀μᵣH = 4π × 10⁻⁷ × 5000 × 600 ≈ 3.77 T
この例から、高い透磁率を持つ材料が B を大きく増加させる一方で、H には影響しないことが分かります。
用途(Applications)
電気工学:変圧器、モーター、インダクタなどの磁場設計
医用画像処理:MRI(磁気共鳴画像)では超電導コイルを用いて H を高め、1.5〜3 T の静磁場を生成
材料科学:ヒステリシスループによる磁性材料の特性評価
EMC対策:電子機器の磁界放射や耐性の評価