電流線や棒磁石をキャンバスに配置して磁場をリアルタイム可視化。アンペールの法則・双極子磁場・平行電流間の力を直感的に体験しよう。
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無限直線電流の磁場：
$$B = \frac{\mu_0 I}{2\pi r}$$磁気双極子（遠方）：
$$B_r = \frac{\mu_0 m}{4\pi r^3}2\cos\theta, \quad B_\theta = \frac{\mu_0 m}{4\pi r^3}\sin\theta$$無限に長い直線電流の周りに生じる磁場の強さは、アンペールの法則から導かれ、電流からの距離に反比例します。
$$B = \frac{\mu_0 I}{2\pi r}$$$B$: 磁束密度 [T], $\mu_0$: 真空の透磁率, $I$: 電流 [A], $r$: 電流からの距離 [m]
2本の平行な直線電流の間に働く、単位長さあたりの力は次の式で表されます。電流の向きが同じなら引力、逆なら斥力です。
$$\frac{F}{L}= \frac{\mu_0 I_1 I_2}{2\pi d}$$$F/L$: 単位長さあたりの力 [N/m], $I_1, I_2$: それぞれの電流 [A], $d$: 導線間の距離 [m]
電気機器の設計：モーターや変圧器のコイル設計では、電流が作る磁場の分布と強さが性能を決定します。CAEソフトウェア（電磁界解析）を用いて、このシミュレーターのように磁力線を可視化し、最適な形状と巻き数を求めます。
送電線・バスバーの設計：大電流が流れる平行な導体間には大きな電磁力が働きます。短絡事故時などに想定される巨大な電流による機械的ストレスに耐えるよう、支持間隔や補強材を設計する際の基礎知識となります。
磁気センサー・非破壊検査：導体に生じる渦電流の磁場を測定することで、材料のき裂や腐食を検出する技術があります。ここで学ぶ電流と磁場の関係が、その検出原理の根幹を成しています。
磁気遮へい：精密機器を外部磁場から守るため、磁気シールドを設計します。磁場がどのように発生し、伝わるかを理解することは、効果的な遮へい設計の第一歩です。
シミュレーターを使い始めるときに、つまずきやすいポイントをいくつか挙げておくよ。まず「磁力線は実在する線ではない」という点。画面に描かれる線は、磁場の向きと強さを視覚化した「補助線」だ。1本の線が太くなったり、線の本数が増えたりするのは、あくまで磁束密度が高いことを表しているんだ。実務でCAE解析結果を見るときも、この可視化の意味を忘れないようにしよう。
次に、シミュレーションの前提条件。このツールは「無限に長い直線電流」や「理想的な棒磁石」といった単純化されたモデルを使っている。例えば、実際のコイルは有限の長さだから、端っこでは磁力線の形がシミュレーターと少し異なる。また、周囲の材質（透磁率）の影響を無視している点も重要だ。鉄の近くに電流があれば、磁力線は鉄の方に集中して引き寄せられる。ツールで学んだ基本原理を、そのまま複雑な実機に当てはめる時は注意が必要だね。
最後に、パラメータ設定の落とし穴。電流値を現実的なオーダーで考えてみよう。例えば、家庭用コンセントから流れる数Aの電流が作る磁場は、地球磁場よりずっと小さい。一方、溶接機の数千Aという大電流では、近くにある鉄製工具がビュンと動くほどの力が発生する。シミュレーターで遊ぶ時も、「この電流値は現実でどのくらい？」と想像しながら使うと、物理的な感覚が磨かれるよ。
直径2mmの銅導体に5A電流を流した場合、導体から10mm離れた地点での磁束密度はB=μ₀I/(2πr)により約10μTとなります。currentSliderを5に設定し、densitySliderを30に調整すると、導体を取り巻く同心円状の磁力線が30本密度で表示され、磁場が距離に反比例することが直感的に理解できます。平行配置した2本の導体で同方向8A電流を流すと、吸引力が発生し磁力線が収束パターンを示します。