概要

静磁気学は、古典電磁気学の一分野で、定常（時間に依存しない）電流と永久磁石によって生じる磁場を記述します。この近似では、電流は時間とともに変化せず、電気的・磁気的な現象は変化する電場の影響から切り離されます。静磁気学は、完全な電気力学よりも単純な枠組みを与え、多くの実用装置や実験を理解するうえで役立ちます。

基本的性質と支配関係

静磁場の重要な特徴として、磁力線は閉じた輪をつくり、閉曲面を貫く磁束は常にゼロであることが挙げられます。これは、通常の物質には孤立した磁荷が存在しないことを反映しています。静磁場を計算する際に用いられる中心的な法則は次の2つです。

  • ビオ・サバールの法則 — 定常電流の微小要素がつくる磁場を表し、任意の電流分布の磁場を積分して求めるのに用いられます。
  • アンペールの法則（静磁気的な形） — 閉曲線に沿った磁場の線積分を、その内部を貫く正味の定常電流に結びつけます。

歴史的背景

静磁気学の理論的基礎は、19世紀初頭に、電流同士や磁化した物質の間に働く力を測定した実験家や理論家によって築かれました。これらの研究は、ジェームズ・クラーク・マクスウェルによるより広範な電磁気理論の極限の場合として残る一般的な数学的定式化へとつながりました。静磁気学が今も有用なのは、実験室や工学上の多くの状況で、関心のある時間尺度では電流の変化がほとんど無視できるためです。

応用と例

静磁気の概念は、磁場が実質的に一定である磁石や装置の設計・解析に適用されます。例としては、永久磁石構造、直流電磁石、磁気シールド、ホール効果プローブのようなセンサー、ある種の磁気記憶システムなどがあります。実用工学では、電子光学やイオン光学におけるビームの集束にも静磁気モデルが用いられ、定常的な軸方向磁場が荷電粒子を閉じ込めたり導いたりします。関連する技術的な参照として、磁場、電流も参照してください。

限界と重要な区別

静磁気学は近似であり、変位電流や、電磁放射や誘導を生み出す時間変化の効果は無視します。交流電流、変圧器、無線アンテナ、あるいは急激に変化する磁場に依存する装置には、完全な電気力学が必要です。実用上の重要な区別としては、静磁気的な集束（定常場）と、時間変化する場や高周波構造を用いる動的集束との違い、そして磁気単極子の存在を実験的に確認した証拠がないため、通常の物質では磁場の発散がゼロのままであることが挙げられます。

さらに読む・関連資料

入門書や工学向けの手引きでは、静磁気法が境界要素法や有限要素法などの数値手法と並んで扱われます。応用分野では、磁気記憶技術やコンピュータメモリへの実装を扱う専門資料もあります。