磁束（磁気フラックス）は、ある面を貫く磁場の総量を表す物理量です。古典電磁気学では磁束は磁束密度ベクトル B の面積積分で定義され、面 S を貫く磁束 Φ は次の式で表されます。

Φ = ∫_S B · dA

ここで B は磁束密度（磁場強さに比例するベクトル）、dA は面の微小面積ベクトルです。磁束は「磁力線がその面を何本貫いているか」を定量的に示す量として直感的に理解できます。量子電磁気学の観点では電磁相互作用は光子（仮想光子）で媒介されるという見方もありますが、磁束そのものを「光子で構成されている」と簡単に説明するのは不適切です。日常的・工学的な扱いでは場の連続量として扱います。

性質と重要な法則

  • 閉曲面を貫く磁束の総和は常にゼロです： ∮_S B · dA = 0。これはガウスの法則（磁気について）に相当し、磁気単極子が存在しないことを示します。
  • 磁束と磁束密度の関係：面積 A に対して磁場が一様で面に垂直ならば Φ = B·A（一般には Φ = ∫ B·dA）。
  • 磁束の変化は誘導起電力を生む（ファラデーの電磁誘導則）：ループを貫く磁束の時間変化により起電力 e が生じ、e = −dΦ/dt（N巻き線の場合は e = −N dΦ/dt）。
  • 磁束密度 B の単位はテスラ（T）。磁束 Φ は面積を掛けた量なので単位はウェーバー（Wb）で、1 T = 1 Wb/m2 です。

単位

SI単位系での磁束の単位は ウェーバー（Wb）で、派生単位としてボルト・秒（V·s）と同じ次元を持ちます。CGS単位系では 「マックスウェル」 が磁束の単位で、換算は 1 Wb = 108 maxwell（したがって 1 maxwell = 10−8 Wb）です。

計算例

例：一様な磁場 B = 0.5 T が含まれる半径 r = 0.10 m の円形ループを考え、面が磁場に垂直に置かれているとするとループを貫く磁束は

Φ = B·A = B·πr2 = 0.5 × π × (0.10)2 ≈ 1.57×10−2 Wb

同じループを N 回巻いたコイル（N 巻き）では磁束連結（磁束リンク）は NΦ になり、時間変化 d(NΦ)/dt によって誘導起電力が生じます。

応用例

  • 電磁石やコイル設計：磁束の経路（磁束回路）とコア材の透磁率を計算して効率を最適化します。
  • ダイナモ（発電機）や変圧器：磁束の変化を利用して電力変換を行います。ファラデーの法則が基本原理です。
  • 粒子加速器や磁気ビーム制御：磁場分布と磁束を設計して荷電粒子の軌道を制御します。
  • MRI（磁気共鳴画像法）：高強度の磁場とその均一性、磁束の管理が画像の品質に重要です。
  • 電動機、発電機、磁気記録媒体、インダクタなど幅広い電磁機器で磁束の解析が不可欠です。

測定と注意点

  • 磁束を直接測るよりは、磁束密度 B をホール素子やフラックスゲート磁力計などで測定し面積積分することが多いです。
  • 磁気回路解析では磁気抵抗（リラクタンス）や磁束漏れを考慮する必要があり、コア形状や空隙が設計に大きく影響します。
  • 「磁力線が肉眼で見えない」のは周波数の問題ではなく、磁場自体が光のように可視光として放射・検出されるものではないためです。磁場は磁気力や磁気モーメントとして物質に作用し、その効果（磁化や磁針の向きなど）を通じて間接的に観察されます。

関連用語

  • 磁束密度（B、テスラ T）
  • 磁場強度（H）
  • 磁束連結（Φ・N）
  • 電磁誘導（ファラデーの法則）
  • 磁気回路、透磁率、磁気単極子（存在しないとされる）

以上が磁束の定義・性質・単位および代表的な応用例の概説です。技術的な設計や解析では、磁束の計算に加えて材料特性（透磁率、飽和特性）、幾何学的効果、周波数依存性なども考慮する必要があります。