磁場・磁界に関する基本的用語と磁力線

磁場に関する物理量の議論は，電場に関するそれと類似しています。電場での議論と比較するとわかりやすいです。

磁石にはN極とS極が存在します。それらをまとめて磁極と呼びます。これは，電荷の正負に対応する物理量です。

磁極は磁気量と呼ばれる物理量を持ちます。磁気量はその磁極の強さを表しています。これは電場の議論での電荷の大きさに対応する物理量となっています。単位は [Wb(ウェーバー)] を用います。

磁極間にはその組み合わせに応じて押し合う力(斥力)，引き合う力(引力)のいずれかの力が働きますが，この力のことをまとめて磁気力と呼びます。2つの磁極間に働く力は，同じ磁極間では斥力，異なる磁極間では引力となります。磁気力の強さを求める法則として，磁気力のクーロンの法則が知られています。

電場の議論では，静電気力のクーロンの法則が知られています(詳しくは 静電気力とクーロンの法則 をご覧ください)。それによると，電荷量 $q_1$, $q_2$ の2つの電荷間に働く力 $F'$ は，電荷間の距離を $r$, 真空の誘電率を $\epsilon_0$ とすると

$$F' = \dfrac{1}{4 \pi \epsilon_0} \dfrac{q_1 q_2}{r^2}$$

と表されるのでした。磁気力のクーロンの法則は，静電気力のクーロンの法則と対応しています。一般にクーロンの法則というときは，静電気力のクーロンの法則を指します。

磁気力がはたらく空間のことを，磁場または磁界と呼びます。ある点における磁場の大きさと向きは，その点に $1$ [Wb] の磁極をおいたときに，その磁極にはたらく磁気力の大きさと向きとなります。これは磁気力のクーロンの法則を考えると理解しやすいと思います。

空間における磁場の方向を表したものを，磁力線と呼びます。これは，電場における電気力線に対応しています。

磁力線の性質は以下のようにまとめられます。

4. に関連して，特に棒磁石の場合には，N極あるいはS極に近い方が，磁場は強いことが知られています。

棒磁石の場合，磁力線は下図のようになります。

この磁力線は，棒磁石のまわりに砂鉄を撒くことで再現することができます。

また，棒磁石のまわりに方位磁針を置くと，方位磁針はその点での磁力線に並行となり，N極がその磁力線がはたらく方向を指します。

磁束線は磁束(磁束密度)の向きを表すものになります。磁束については，詳しくは 電流と磁束密度の関係 をご覧ください。

磁束線の性質は以下のようにまとめられます。

磁力線と比べて，磁束線はループするという点に注意が必要です。また，磁力線は磁石内を通過しませんが，磁束線は磁石内を通過します。

冒頭で，磁石にはN極，S極といった磁極があると説明しました。電荷のプラスマイナスのように，N極のみまたはS極のみの磁極を持つ粒子を磁気単極子(モノポール)と言います。 モノポールは現時点でまだ素粒子としては発見されていません。もしモノポールが発見されれば，マクスウェル方程式に修正が必要となることが知られています。また宇宙論の観点においても，モノポールが存在するかどうかは重要な論点となっています。