39AM47｜第39回 臨床工学技士国家試験 過去問

正答

4

この問題のポイント

この問題では、電流がつくる磁界と磁界中を運動する電荷に働く力が問われています。

重要なのは、次の3つです。

• 直線電流の周りの磁界は同心円状
• 平行導線では、同方向電流は引力、逆方向電流は斥力
• ローレンツ力は、電荷の大きさ、速度、磁束密度に関係する

特に選択肢4のローレンツ力は、式を覚えていれば判断しやすい内容です。

解説

磁界中を運動する電荷に働く磁気的な力をローレンツ力といいます。

磁界によるローレンツ力の大きさは、次の式で表されます。

• F = |q|vB sinθ

ここで、

• F：ローレンツ力の大きさ
• q：電荷
• v：電荷の速さ
• B：磁束密度
• θ：速度の向きと磁界の向きのなす角

この式から、ローレンツ力の大きさは電荷の大きさ |q| に比例します。

したがって、選択肢4は正しい記述です。

ひっかけポイント
電磁気では、電界は放射状になりやすい一方、直線電流がつくる磁界は導線を中心とする同心円状です。

「放射状」と「同心円状」を混同しないことが重要です。

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選択肢の確認

1．誤り。
直線状の導線を流れる電流がつくる磁界の強さは、導線からの距離に反比例します。距離の2乗に反比例するわけではありません。

直線電流の周りの磁界は、一般に次の関係で表されます。

• H = I / (2πr)

このため、距離 r が大きくなると磁界は 1/r に比例して小さくなります。

2．誤り。
直線状の導線を流れる電流の周りには、導線を中心とする同心円状の磁界が発生します。放射状ではありません。

向きは右ねじの法則で決まります。親指を電流の向きに向けると、残りの指が巻く向きが磁界の向きです。

3．誤り。
2本の平行導線に逆方向の電流が流れると、両者の間には斥力が働きます。

平行導線では、

• 同方向の電流：引力
• 逆方向の電流：斥力

と覚えます。

4．正しい。
磁界中を運動する電荷に働くローレンツ力の大きさは、

• F = |q|vB sinθ

で表されます。したがって、ローレンツ力の大きさは電荷の大きさ |q| に比例します。

5．誤り。
円形コイルに電流を流すと、コイル中心付近ではコイル面に垂直な向きの磁界が生じます。コイルと同心円状に磁界が発生するわけではありません。

円形コイルでは、右ねじの法則により、電流の向きからコイル中心を貫く磁界の向きを判断します。

覚えるポイント

• 直線電流がつくる磁界の強さは、導線からの距離に反比例する。
• 直線電流の周りの磁界は、導線を中心とする同心円状である。
• 平行導線では、同方向電流は引力、逆方向電流は斥力である。
• 磁界中を動く電荷に働くローレンツ力は F = |q|vB sinθ で表される。
• ローレンツ力の大きさは、電荷の大きさに比例する。