電磁気高校物理・化学で出てくる

透磁率の単位 Hm の意味|基本単位で表すと kg·mA2·s2

Hm=kg·mA2·s2
次元 [M L T⁻² I⁻²]
検算のポイント

答えが透磁率なら、右辺の単位は Hm(= kg·mA2·s2) 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
  • 透磁率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 Hm になるのか
  • Hm のいろいろな書き方と、その根拠になる公式

透磁率とは? 言葉で意味をつかむ

透磁率とは 磁場から、どれだけの磁束密度が生まれるか。

言葉の式
透磁率 = 生まれる磁束密度 ÷ 磁場の強さ

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
生まれる磁束密度磁束密度T
磁場の強さ磁場(磁界)の強さAm
[透磁率] =T÷Am
   =T·mA
   =kg·mA2·s2
   =Hm

言葉の通りに単位を並べるだけで、Hm 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。速度 → 加速度 → 力 → 電荷(電気量) → 磁束密度 → 磁場(磁界)の強さ → 透磁率 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。

前提:速度・加速度・力・電荷(電気量)の単位(知っていれば飛ばしてOK)

速さは「進んだ距離 ÷ かかった時間」。m を s で割って ms です。

[v] =m÷s=ms

加速度は「1秒あたりに速さがどれだけ変わるか」。速さの ms をさらに s で割るので ms2 になります。

[a] =ms÷s=ms2
力 — 運動方程式 F=ma

運動方程式 F = ma で、質量 kg と加速度 ms2 をかけると kg·ms2。この組み合わせに N(ニュートン)という名前がついています。

[F] =kg×ms2=kg·ms2=N

電荷は「電流 × 流れた時間」。A に s をかけた A·s が C(クーロン)です。

[q] =A×s=A·s=C

磁場の中を動く電荷が受ける力 F = qvB から B=Fqv。N を C と ms で割った組み合わせが T(テスラ)です。

[B] =N÷C÷ms=N·sC·m=kgA·s2=T

直線電流のまわりの磁場は H=I2πr。A を m で割って Am です。2π はただの数なので単位には関係ありません。

[H] =A÷m=Am

B = μH から μ=BH。T を Am で割ったものを整理すると Hm になります。

[μ] =T÷Am=T·mA=kg·mA2·s2=Hm

Hm の別の書き方

同じ量でも、使う公式によって単位の見え方が変わります。どれも基本単位にすると一致します。

書き方根拠になる公式
Hm=NA2平行電流の間に働く力(長さあたり)
f=μ0I1I22πd

よくある間違い:同じ単位でも別の量

次の量は 透磁率 と次元 [M L T⁻² I⁻²] が同じです。単位が一致しても意味が違うことがあるので、検算のときは「何を表す量か」も確かめましょう。

透磁率が出てくる公式

まとめ
  • 透磁率とは、磁場から、どれだけの磁束密度が生まれるか。
  • 言葉の式 透磁率 = 生まれる磁束密度 ÷ 磁場の強さ を単位に置き換えると T·mA。
  • 基本単位だけで書くと kg·mA2·s2。

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透磁率は「生まれる磁束密度 ÷ 磁場の強さ」で求められます。「生まれる磁束密度」[T]、「磁場の強さ」[Am] のとき、透磁率の単位はどれ?

答えと解説

正解:A TAm

かける量(生まれる磁束密度)の単位が分子、割る量(磁場の強さ)の単位が分母に来ます。まとめると TAm = T·mA = Hm。

問2光速と真空の誘電率・透磁率 c=1ε0μ0 を使います。c 「速度」[ms]、ε₀ 「誘電率」[Fm] のとき、透磁率 μ₀ の単位はどれ?

答えと解説

正解:B 1(ms)2·Fm

式を μ₀ について解くと μ0=1c2ε0。分子・分母にそれぞれの単位を入れると 1(ms)2·Fm = s2m·F = Hm。

問3透磁率 = 生まれる磁束密度 ÷ 磁場の強さ です。「透磁率」[Hm]、「磁場の強さ」[Am] のとき、「生まれる磁束密度」の単位はどれ?

答えと解説

正解:D Hm·Am

言葉の式を「生まれる磁束密度」について解き直すと「生まれる磁束密度 = 透磁率 × 磁場の強さ」。単位を入れると Hm·Am = H·Am2 = T。