電流の本質に迫る
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2012.04.02


  国際単位系( )では、 電流( )の単位 : アンペア( )が基本単位ですけれども、 私は、 代わりに電気量( 電荷 )( )の単位 : クーロン( )を基本単位にしたほうがいいのではないかと考えています。

  「 電流とはベクトルであり、 その大きさは、 単位時間あたりに、 ある範囲の平面を通過する総電気量の絶対値であり、 その向きは、 総電気量がプラスの場合はその移動の方向であり、 総電気量がマイナスの場合はその移動の逆方向である。」 と、 定義されています。

  具体的には、 電流は、 導体の中のマイナスの電気量を持つ電子たちの集団移動のことです。 導線のような細長い円柱形の導体がまっすぐになっている姿をイメージしてください。 導体中の単位体積当たりの電子が持つ総電荷量を とし、 電子たちの速度を とし、 導体の断面積を とすると、 電流は定義より次のように表されます。
    
  は、 微小時間当たりに、 ある範囲の平面を通過する総電気量の絶対値ですので、  とおくと、 次のような式になります。
    
  は、 単位時間当たりに、 ある範囲の平面を通過する総電気量の絶対値ですので、 定義どおりになっています。 また、 電流と電荷量の単位の関係が次のようになっていることもわかります。
    


  以上の電流の定義からしても、 電流はいわば流体のようなものですが、 電気量を持つ1個の物質の移動を電流と捉えることはできないでしょうか? できます。 「 電流素片 」 という概念を持ち込むのです。 電流素片とは、 電流の大きさに微小変位をかけたものです。 次のように表されます。
    
  この式から、 電流素片は電気量に速度をかけたものに等しいことがわかります。
  この式の導き方は簡単です。  に  を代入すればいいのです。 単位時間に、 ある範囲の平面を通過する総電気量を、 一塊であると捉えるのです。

電流素片は、 次のビオサバールの法則で用いられています。
    
  ビオサバールの法則とは、 電流素片が磁場を作る素であるということを表した電磁場の基本的な方程式であり、 ビオサバールの式を電流の経路に沿って積分すると、 ある点における電流が作る磁場が得られます。