電磁気難関大の二次試験で出てくる

電流密度の単位 Am2 の意味を言葉から理解する

Am2
次元 [L⁻² I]
検算のポイント

答えが電流密度なら、右辺の単位は Am2 になっているはず。ならなければ、どこかが間違っています。

このページでわかること
  • 電流密度を言葉でどう言い表すか
  • その言葉を単位に置き換えると、なぜ Am2 になるのか

電流密度とは? 言葉で意味をつかむ

電流密度とは 断面 1 m² あたりを流れる電流。

言葉の式
電流密度 = 流れる電流 ÷ 断面積

言葉の式に出てくるそれぞれの言葉は、すでに単位がわかっている量です。言葉を単位に置き換えてみましょう。

言葉何の量か単位
流れる電流電流A
断面積面積m2
[電流密度] =A÷m2
   =Am2

言葉の通りに単位を並べるだけで、Am2 が出てきました。

基本単位までたどる

言葉の式に出てきた量も、さらに言葉の式で分解できます。面積 → 電流密度 の順にたどると、すべて基本単位(m・kg・s・A・K・mol・cd)だけで表せます。

面積は長さ×長さなので m² です。

[S] =m2

電流密度は「断面積あたりの電流」。A を m² で割って Am2 です。

[j] =A÷m2=Am2

電流密度が出てくる公式

まとめ
  • 電流密度とは、断面 1 m² あたりを流れる電流。
  • 言葉の式 電流密度 = 流れる電流 ÷ 断面積 を単位に置き換えると Am2。

練習問題:分子と分母を見きわめる

問題文には単位が書いてあります。計算はしなくてかまいません。どの単位が分子(上)に、どの単位が分母(下)に来るかだけを考えて選んでください。

問1電流密度は「流れる電流 ÷ 断面積」で求められます。「流れる電流」[A]、「断面積」[m2] のとき、電流密度の単位はどれ?

答えと解説

正解:C Am2

かける量(流れる電流)の単位が分子、割る量(断面積)の単位が分母に来ます。まとめると Am2。

問2オームの法則(局所形) j=σE を使います。σ 「電気伝導率」[Sm]、E 「電場(電界)」[Vm] のとき、電流密度 j の単位はどれ?

答えと解説

正解:B Sm·Vm

式を j について解くと j=σE。分子・分母にそれぞれの単位を入れると Sm·Vm = S·Vm2 = Am2。

問3電流密度 = 流れる電流 ÷ 断面積 です。「電流密度」[Am2]、「断面積」[m2] のとき、「流れる電流」の単位はどれ?

答えと解説

正解:A Am2·m2

言葉の式を「流れる電流」について解き直すと「流れる電流 = 電流密度 × 断面積」。単位を入れると Am2·m2 = A。

次に読む:電流密度を使って表される量