電磁気難関大の二次試験で出てくる

磁気モーメントの単位 m²·A の意味を言葉から理解する

m2·A
次元 [L² I]
検算のポイント

答えが磁気モーメントなら、右辺の単位は m2·A 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
  • 磁気モーメント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 m²·A になるのか

磁気モーメントとは? 言葉で意味をつかむ

磁気モーメントとは 電流と、その電流が囲む面積の積。

言葉の式
磁気モーメント = 流れる電流 × 電流が囲む面積

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
電流が囲む面積面積m2
[磁気モーメント] =A×m2
   =m2·A

言葉の通りに単位を並べるだけで、m2·A 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 → 磁気モーメント 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

磁気モーメントは「電流 × 囲む面積」。A に m² をかけて A·m² です。

[m] =A×m2=m2·A

磁気モーメントが出てくる公式

まとめ
  • 磁気モーメントとは、電流と、その電流が囲む面積の積。
  • 言葉の式 磁気モーメント = 流れる電流 × 電流が囲む面積 を単位に置き換えると m²·A。

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磁気モーメントは「流れる電流 × 電流が囲む面積」で求められます。「流れる電流」[A]、「電流が囲む面積」[m2] のとき、磁気モーメントの単位はどれ?

答えと解説

正解:D A·m2

かける量(流れる電流・電流が囲む面積)の単位が分子、分母に来る単位はありません。まとめると A·m2 = m2·A。

問2磁場中の電流ループが受ける力のモーメント τ=mBsinθ を使います。τ 「力のモーメント(トルク)」[N·m]、B 「磁束密度」[T] のとき、磁気モーメント m の単位はどれ?

答えと解説

正解:D N·mT

式を m について解くと m=τB。分子・分母にそれぞれの単位を入れると N·mT = N·mT = m2·A。

問3磁気モーメント = 流れる電流 × 電流が囲む面積 です。「磁気モーメント」[m2·A]、「電流が囲む面積」[m2] のとき、「流れる電流」の単位はどれ?

答えと解説

正解:B m2·Am2

言葉の式を「流れる電流」について解き直すと「流れる電流 = 磁気モーメント ÷ 電流が囲む面積」。単位を入れると m2·Am2 = A。