ビオ・サバールの法則（ビオ・サバールのほうそく、）とは電流の存在によってその周りに生じる磁場を計算する為の電磁気学における法則である。この法則は静電場に対するクーロンの法則に対応する。この法則によって磁場は距離、方向、およびその電流の大きさなどに依存することが論じられる。この法則は静的な近似の元ではアンペールの法則および磁場に対するガウスの法則と同等のものである。1820年にフランスの物理学者ジャン＝バティスト・ビオとフェリックス・サバールによって発見された。微小な長さの電流要素 "I dl によって r 離れた位置に作られる微小な磁場 "dH はあるいは、で表される。ここで "r" ≡ |r | , B は磁束密度、または定数で、クーロンの磁気定数、あるいは単純に磁気定数と呼ばれる。電流がある程度の幅をもって流れているとき（すなわち、太さ無限小の線でなく領域 "V" を占めているとき）、電流密度 j を使った積分形で書く必要がある：なお上式では左辺の磁場 H は微小量ではない。この法則は積分を実行して初めて有効な値が出る、すなわち実験的検証が間接的にならざるを得ない欠点がある。1820年4月、デンマークの物理学者ハンス・クリスティアン・エルステッドはコペンハーゲン大学での講義中、電気回路をいじっていた時近くにあった方位磁石が北ではない方角を指し示していることに気が付き、電流と磁場の関係について数か月の研究の末、電流の磁気作用を発表した。これを受け、ジャン・バティスタ・ビオとフェリックス・サバールは共同で実験を行い、この法則を発表するに至った。さらにこの数ヵ月後にはフランソワ・アラゴーが電磁石の原理を、アンドレ・マリー・アンペールがアンペールの法則を発見している。これらの功績がエルステッドの発見から僅か一年以内のことであったのは驚くべきことである。さらに3年後の1823年にスタージャンが実際に電磁石を作成し、24年にアラゴーは回転磁気を発見している。この1820年からの数年間は科学史上重要な期間である。電流"I" が如何なる点においても一定の場合磁場H は、となる。点電荷"q" が一定の速度v で運動しているとき、特殊相対性理論とマクスウェルの方程式より以下の電場と磁場（磁束密度）が与えられる。ただし、β = "v" /"c" 、θはv とr のなす角であり、"c" は光速度である。"v" が"c" に対して十分に小さい（formula_7）ときは、近似的にと表すことができる。これら電場と磁場に関する式は、点電荷に対するビオ・サバールの法則と呼ばれ、1888年にオリヴァー・ヘヴィサイドによって導かれた。ビオ・サバールの法則は積分することによりアンペールの法則の磁場と一致する。例えば無限に長い直線電流であれば、図より、したがってとなるから、ビオ・サバールの法則を積分して、を得る。これはアンペールの法則の磁場の大きさと一致する。以下のようにしてもビオ・サバールの法則からアンペールの法則が成り立つことを示すことができる。閉回路C上の点Pから回路Cを俯瞰する立体角をΩとする。ここで回路C上を点Pから微小距離"ds だけ移動した点をP'とすると、点P'から回路Cを俯瞰する立体角Ω+"d"Ωは、-"ds だけ平行移動された回路を俯瞰する立体角と等しい。このとき、回路上の微小長さ"ds' と平行移動した微小距離-"ds によって作られる面の面素ベクトル"dS" はであるが、点Pから回路上の微小長さ"ds' へ向かうベクトルをr とすると、点Pから面素"dS を見る立体角はと表すことができる。これを"ds' " に関して回路一周分積分すれば立体角の変化"d"Ωを得ることができる。回路上の微小電流要素が点Pに作る磁場はビオ・サバールの法則を積分して、と得られるが、この両辺に"ds" を内積で乗じ、先の式を代入するとの関係が得られる。点Pが閉曲線C上を一周するようなΩの変化はであるので、とする、アンペールの法則そのものが導かれる。この場合、Cで囲む領域D（図赤色）の面積をSとすると、面Sに対する電流面密度の大きさ"j" はとなるが、例えば閉曲線Cが1周する間に回路Cが3周するような場合には電流面密度の大きさは 3"j" 、閉曲線Cが2周する間に回路Cが1周するような場合には電流面密度の大きさは "j" /2 である。このことを考慮すれば、と書くことができる。アンペールの法則を使った場合では求めることが難しい場合も、ビオ・サバールの法則を用いることで簡易に計算できる場合がある。例えば円形電流の中心付近に発生する磁場を求める場合がそうである。まず、右図のような半径"a" の円周上P点に存在する電流"I" によって、中心Oに生じる磁場について考える。"ds とr" の為す角度をφとおくと、図よりとなり、またであるので、である。これを円周上で積分して、となる。次に、右図のようなOより面に垂直にzだけずれた位置Qに生じる磁場について考える。図より、である。"dH はビオ・サバールの法則より"ds とr に垂直で、面に平行な成分 formula_26 は対称性により円周上を積分すると 0 になってしまうので、面に垂直な成分 formula_27 のみを考えればよい。ここで、"ds" = "a d"θ であることを用いて、ここで、"z" = 0 とすれば、円の中心部に生じている磁場"H" が得られる。即ち、であり、これは先ほど求めたものに一致する。ビオ・サバールの法則の両辺の発散を取る。ここで、ベクトル解析の恒等式よりまた、なので、これを代入すると、を得る。これは、磁場に対するガウスの法則より導かれる結果に等しい。ビオ・サバールの法則の両辺の回転を取る。ここで、ベクトル解析の恒等式よりまた、なので、が得られる。これはアンペールの法則そのものである。ただし、この書き換えは静磁場でのみ有効であることに留意しなければならない。磁場のベクトルポテンシャルがなどと定義出来るとき、となり対称性を見ることができる。ここでεは誘電率、ρは電荷密度である。流体力学においても、ビオ・サバールの法則が成り立つ。ただし変数の意味を以下のように読み替える。

出典:wikipedia