電荷と同様に磁荷 というものを考えることができ,正(
)の磁荷は
極,負(
)の磁荷は
極に対応する。電磁気学の理論的枠組みでは,電気と磁気は完全に対称的である。
しかし,現実の世界には単独の磁荷(単磁極:magnetic monopole)は見つかっていない。
なぜ単磁極が存在しない(極めて少ない?)のかを説明する理論的な枠組みも考えられている。
現実の世界の磁気は,(雑にいうと)電荷の運動つまり電流が元になっており,必ず 極と
極が対で現れる。
というわけで,磁荷そのものを扱う機会はないが,解説は電気と同じようにクーロンの法則から始めるのが見通しがよいかもしれない。
ところが,ここに厄介な問題があり,磁荷には以下の2通りの定義が使われているのである。
※以下は,必要なときに参照すればいいでしょう。
EB対応 | EH対応 | |
クーロンの法則 ![]() 磁荷 ![]() ![]() ![]() |
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![]() 磁荷の単位は, ![]() |
![]() 磁荷の単位は, ![]() |
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![]() ![]() ここで単位 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
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磁束密度![]() 磁荷 ![]() ![]() ![]() |
磁界(磁場)![]() 磁荷 ![]() ![]() ![]() |
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これは,電荷![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
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磁界(磁場)![]() ![]() |
磁束密度![]() ![]() |
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もちろん,![]() ![]() 磁束密度 ![]() ![]() ![]() 磁界(磁場) ![]() ![]() |
さて,磁荷を直接扱うことはまずないが,磁石のようにN極とS極が対になった磁気双極子は身近なものである。右図のように, の磁荷が距離
に置かれているとき,この磁石の強さ(磁気双極子モーメント
)は,
で定義される。これは,磁荷の定義の違いを反映してしまう。
EB対応 | EH対応 | |
磁気モーメントの単位 ![]() |
磁気モーメントの単位 ![]() |
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面積![]() ![]() ![]() |
面積![]() ![]() ![]() |
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磁気モーメント![]() ![]() |
磁気モーメント![]() ![]() |
※教科書により,どちらを採用しているのかが異なりますので,注意が必要です。
※このように厄介な問題があるので,クーロンの法則は使わず,次に説明するローレンツ力で を定義してしまうこともできます。
しかし,この場合も磁気モーメントの定義には2通りの可能性があります。