モータにおけるフレミングの左手の法則
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電気モーターのフレミングの左手の法則は、一対の視覚的記憶術のうちの1つであり、もう1つは発電機のフレミングの右手の法則である。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]これらの法則は、電気モーターの運動方向、または発電機の電流の方向を計算する簡単な方法として、19世紀後半にジョン・アンブローズ・フレミングによって考案された。
導線に電流が流れ、その電流を横切るように外部磁場が加えられると、導線は磁場と電流の方向の両方に垂直な力を受けます（つまり、両者は互いに直交します）。図に示すように、左手は親指、人差し指、中指の3つの互いに直交する軸を表すように持ちます。各指には、それぞれ力（機械力、磁場、電流）が割り当てられます。右手は発電機、左手はモーターとしてそれぞれ使用されます。
- 電流の方向は[従来の電流]の方向、つまりプラスからマイナスの方向です。
最初の変種
- 親指は導体の動きの方向を表します。
- 人差し指は磁場の方向を表します。
- 中央の指は電流の方向を表します。
2番目の変種
- Thu m bは導体にかかる力によって生じる運動の方向を表す。
- 人差し指は磁場の方向を表します
- 2番目の指は電流の方向を表します。
3番目の変種
ヴァン・デ・グラフによるフレミングのルールの翻訳が FBI ルールであり、これは連邦捜査局の頭文字なので簡単に覚えられます。
第4の変種
- F （親指）は導体の力の方向を表す
- B （人差し指）は磁場の方向を表す
- I (中指) は電流の方向を表します。
これは、F ([ローレンツ力])、B ([磁束密度])、および I ([電流]) という従来の記号パラメータを使用し、これらを親指、人差し指、中指の順に割り当てます (FBI)。
- 親指は力、F
- 最初の指は磁束密度B
- 2番目の指は電流Iです。
もちろん、パラメータを指の配置を変えて教え（そして記憶し）た場合、両手の役割も逆転する記憶術（標準的な左手はモーター、右手は発電機）になる可能性があります。これらのバリエーションは、FBIニーモニックのページでより詳しくまとめられています。
第5の変種
（場を点火し、力を感じ、電流を遮断する） どの指がどの量を表しているかを覚えるには、いくつかの動作が必要です。まず、人差し指を銃身、親指をハンマーに見立て、指をおもちゃの銃のように差し込みます。次に、以下の動作を繰り返します。
- 人差し指から「フィールドを発射」
- 銃の反動の力を親指で「感じる」
- 最後に中指を立てて「流れを止める」
右手の法則と左手の法則の区別
フレミングの左手の法則は電動モーターに、フレミングの右手の法則は発電機に用いられます。言い換えれば、運動を生み出すにはフレミングの左手の法則を用い、電気を生み出すにはフレミングの右手の法則を用いるべきなのです。
モーターと発電機では原因と結果が異なるため、異なる手を使用する必要があります。
電気モーターでは、電流と磁場（これらが原因）が存在し、それらが運動を生み出す力（結果）につながるため、左手の法則が適用されます。発電機では、運動と磁場（これらが原因）が存在し、それらが電流を生み出す力（結果）につながるため、右手の法則が適用されます。
理由を説明すると、多くの種類の電気モーターが発電機としても使用できることがわかります。このようなモーターで駆動する自動車は、モーターを完全に充電されたバッテリーに接続することで高速まで加速できます。その後、モーターを完全に充電されたバッテリーから切り離し、完全に放電したバッテリーに接続すると、自動車は減速します。モーターは発電機として機能し、自動車の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーはバッテリーに蓄えられます。運動の方向も磁場の方向 (モーター/発電機内) も変わっていないため、モーター/発電機内の電流の方向は反転しています。これは、熱力学の第二法則(発電機電流はモーター電流と対向する必要があり、より強い電流が他方の電流を上回り、よりエネルギーの強い源からよりエネルギーの弱い源へエネルギーが流れる) に従います。
ルールの物理的根拠
電子または任意の荷電粒子が同じ方向に流れると（たとえば、金属線などの導電体内の電流として） 、導電体の周りを巻き付く円筒形の磁場が生成されます（ハンス・クリスチャン・エルステッドによる発見）。
誘導磁場の方向は、マクスウェルの螺旋の法則で覚えることができます。つまり、従来の電流が観測者から離れる方向に流れている場合、磁場は導体の周りを時計回りに動きます。これは、螺旋を観測者から離れる方向に回すのと同じです。誘導磁場の方向は、図に示すように、親指が従来の電流の方向を示し、他の指が磁場の方向を示す、右手の握りの法則で覚えられることもあります。この磁場の存在は、比較的大きな電流が流れている電気導体の周囲のさまざまな場所に磁気コンパスを置くことで確認できます。
親指は動きの方向を示し、人差し指は磁力線を示し、中指は誘導電流の方向を示します。
外部磁場が水平方向に印加され、電子の流れ（導体内または電子ビーム内）を横切ると、2つの磁場が相互作用します。マイケル・ファラデーは、この相互作用を仮想的な磁力線という視覚的なアナロジーで表現しました。導体内の磁力線は導体の周囲に同心円を形成し、外部から印加された磁場内の磁力線は平行線を描きます。導体の片側にある磁力線が、導体を取り囲む磁力線とは反対方向（N極からS極へ）に走っている場合、磁力線は導体の反対側を通るように偏向します（磁力線は互いに交差したり、逆方向に走ったりすることはできないため）。その結果、導体の片側にある狭い空間には多数の磁力線が存在し、導体の元の側では磁力線が不足します。磁力線はもはや直線ではなく、導体の周囲を走るように湾曲しているため、磁力線は（伸びたゴムバンドのように）張力を受け、エネルギーが磁場に束縛されています。このエネルギー場は、現在、ほとんど妨害されないため、一方向へのその蓄積または排出により、ニュートンの第 3 運動法則に類似した方法で、反対方向の力が生成されます。 このシステム (電気導体) には、この力が作用する可動物体が 1 つしかないため、総合的な効果は、磁束の方向と反対方向に、外部から印加された磁場から電気導体を排出する物理的な力となります。 この場合 (モーター)、導体が従来のように上向きの電流を流していて、外部磁場が視聴者から離れる方向に動いている場合、物理的な力は導体を左に押すように働きます。これが、電気モーターのトルクの理由です。 (電気モーターは、導体が磁場から排出されると次の磁場内に配置され、この切り替えが無限に続くように構成されています。)
ファラデーの法則は、導体内の誘導起電力は導体内の磁束の変化率に正比例することを述べています。
ポップカルチャー
- 2013 年のビデオゲーム『メタルギア ライジング リベンジェンス』では、モンスーンというキャラクターが戦闘中に何度もフレミングの左手の法則に言及し、使用しています。
参照
参考文献
- ^フレミング、ジョン・アンブローズ (1902). 『磁石と電流』第2版. ロンドン: E.& FN Spon. pp. 173– 174.
- ^ Electrical4U. 「フレミングの左手と右手の親指のルールの説明」 www.electrical4u.com/ 。2021年3月22日閲覧。
{{cite web}}: CS1 maint: 数値名: 著者リスト (リンク) - ^ 「フレミングの左手の法則 - 上級 - 電流の磁気効果とモーター効果 - Eduqas - GCSE物理（単科理科）改訂版 - Eduqas」BBC Bitesize . 2022年5月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年3月22日閲覧。
外部リンク
