磁場強度H、磁束密度B、磁化M、磁気分極Jは、磁性における非常に重要な4つの基本概念です。これらは互いに関連していますが、混同されやすい場合があります。磁性材料業界で働く人にとって、これら4つの概念を明確に理解することは非常に重要です。本日は、これらの概念と関係について詳しく説明します。.
磁場強度H
磁場強度Hは、実際には実用的な意味を持たない物理量です。当初は磁荷の存在を前提として定義されていましたが、後に磁荷は存在せず、単に電流の逆相であることが発見されました。.
遠い 1820 年代に、科学者たちは一連の革命的な発見をし、現代の磁気理論の先駆けとなりました。.
1820年7月、デンマークの物理学者ハンス・エルステッドは、導体を流れる電流が磁針に力を及ぼし、磁針を曲げることを発見しました。（エルステッドの実験 - 電流の磁気効果）
このニュースがフランス科学アカデミーに届いてからわずか1週間後の9月、アンペールは実験によって、同じ方向に流れる電流は互いに引き合うのに対し、反対方向に流れる電流も互いに引き合うことを実証することに成功した。.
1825 年、アンペールは電流の磁力線の方向とそれが生成する磁場の関係を規定する法則であるアンペールの法則を発表しました。.
機械的な測定により、長い直線導体から等距離の点では、コンパスの針は同じ磁場強度を受けることがわかります。一方、異なる距離の点では、磁場強度は距離に反比例します。このように、機械的な測定と電流強度を用いて、磁場強度Hという物理量を定義します。その単位はアンペア毎メートル（A/m）です。ガウス単位系では、Hの単位はOe（1 A/m = 4π × 10⁻³ Oe）です。.
磁場の強度 H にはさまざまな解釈があります。H を外部磁場 (電界の強度に類似。たとえば、電流 I を使用して物体に磁場 H を適用する) として理解することで、簡略化できます。.
磁気誘導強度B
磁場強度とは、印加電流によって発生する磁場のことです。磁場中の強磁性材料の場合、外部磁場Hの影響に加えて、材料内の粒子も外部磁場の影響を受けて誘導磁場を生成します。磁気誘導強度Bは、粒子が「感知する」磁場の総量を表し、印加磁場Hと誘導磁場Mの合計です。.
真空中では、磁気誘導強度は外部磁場に正比例します。すなわち、B = μ0Hです。ここで、μ0は自由空間の透磁率です。強磁性体内部では、磁気誘導強度B = μ0(H + M)です。つまり、総磁場は、電流によって発生する磁場Hと、媒体がHによって磁化された後に発生する磁場Mの合計にμ0を乗じた値に等しくなります。Bの単位はテスラ（T）で、これはガウス単位（Gs）であり、1 T = 10 kgsです。.
実際には、磁気誘導強度こそが磁石の真の「磁場の強さ」ですが、Hは歴史的に磁場強度と呼ばれてきたため、Bは磁気誘導強度という別名で呼ばれています。BとHはどちらも「磁場の強さ」を指しますが、定義と導出方法が異なるため単位が異なります（ガウス単位系では、Bはガウス単位（Gs）、Hはエルステッド単位（Oe、1 Oe = 1 × 10⁻⁴ Wb·m⁻² = 1 × 10⁻⁴ T = 1 Gs）です）。.
磁場強度Hは、仮想空間内の磁場であり、その空間内の物質は考慮されません。磁場とそれを生成する電流との関係に着目します。一方、磁気誘導強度Bは、仮想磁場Hに実際の物質を加えた後の最終的な磁場の強度を考慮します。物質によって生成される磁場の実際の強度に着目します。.
磁化M
磁化Mについては既に述べました。これは、外部磁場の影響下にある物質内の粒子によって生成される誘導磁場です。現代物理学は、原子内の各電子が原子核の周りを軌道運動とスピン運動の両方を行っており、どちらも磁気効果を生み出すことを証明しています。分子全体を考えると、分子内のすべての電子によって生成される磁気効果の総和は、等価円電流で表すことができます。この等価円電流は分子電流と呼ばれ、それに対応する磁気モーメントは分子磁気モーメントと呼ばれ、pmで表されます。これは、すべての電子軌道の磁気モーメントと分子のスピン磁気モーメントのベクトル和です。.
外部磁場がない場合、磁性媒体の任意の体積要素内のすべての分子の磁気モーメントのベクトル和はゼロです。しかし、磁性媒体が外部磁場中にある場合、各分子は磁気モーメントを外部磁場の方向に揃えようとするトルクを受けます。したがって、外部磁場の影響下では、任意の体積要素内のすべての分子の磁気モーメントのベクトル和はゼロではありません。このように、磁性媒体はある程度の磁性を示し、言い換えれば磁化されています。磁性媒体の磁化状態（磁化の程度と方向）を記述するために、単位体積あたりのすべての分子の磁気モーメントのベクトル和を表す磁化ベクトルMを導入します。単位はA/mです。.
この誘導磁場 M と印加磁場 H の関係を調べるために、磁化率 χ = M/H を定義します。高い磁化率は、同じ外部磁場によってより大きな内部誘導磁場が生成されることを意味します。低い磁化率は、大きな外部磁場であっても、内部の物質の反応が弱いことを意味します。磁化率は正または負の値をとります。正の磁化率 χ > 0 は、生成される内部磁場 M が外部磁場 H と同じ方向であることを示します。負の磁化率 χ < 0 は、H によって物質内部に生成される追加の磁場 M が、外部磁場 H と反対方向であることを示します。.
磁気分極J
前回のテキストでは、磁気誘導強度 B = μ0(H + M) = μ0H + μ0M を紹介しました。μ0M を物質の磁気分極強度、すなわち J = μ0M と呼び、単位は T (テスラ) です。磁気分極強度 J は、物理的には磁性媒体の単位体積あたりの磁気双極子モーメントとして解釈され、固有磁気誘導強度とも呼ばれます。記号は Bi または J です。ガウス分布では μ0 = 1 なので、J = M となります。.
軟磁性材料では、磁場強度は通常1000 A/m以下、μ0は4×10-7H/m、J=B-μ0Hなので、磁気誘導強度Bと磁気分極強度Jの差は非常に小さいです。しかし、硬磁性材料ではこの差は非常に大きいので、通常、B=f(H)とJ=f(H)の2つの関係曲線が与えられます。.
