フレミング左手の法則と右手の法則




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フレミング左手の法則と右手の法則

フレミングの法則には、左手の法則と右手の法則の2つがあります。

フレミングの左手の法則は電動機の回転方向を知ることができます。

また、フレミングの右手の法則は発電機の起電力の方向を知ることができます。

フレミングの左手の法則

左手の親指、人差し指、中指を互いに直角に立てます。

  • 図1のように親指、人差し指、中指を互いに 90°(直角)になるようにして指を開きます。
  • 磁界の方向と電流の方向を矢印のように向けると、親指の方向に力(電磁力)が働くことを表現しています。
  • 「よくこのような上手い表現方法を思いついたのか」と本当に感心させられます。

覚え方は親指から F(力)、B(磁界)、I(電流)から FBIが覚えやすいのではないでしょうか。

フレミングの左手の法則が使われる所

  • 磁界のあるところに導体がある場合
  • その導体に電流が流れると導体に力が発生します。
  • 導体に働く力の方向を示すものです。

フレミングの左手の法則は電動機などの回転方向を決めたりする時に使われる法則です。

  • 図2のように磁界がある中に導体を置いて、電流を流すと力が上の方向にかかることを示しています。
  • これを応用したものがモータになります。
  • フレミングの左手の法則により、どの向きに回転するのかが分かりますから、モータを作る人には重要な法則です。

フレミングの左手の法則の力が生まれる訳

  • 図3 のような磁界があるところに、導体を置きます。
  • この図では導体に手前から奥に向かう電流が流れていることを示しています。
  • 導体に図4のような向きの電流を流すと図のような磁界が発生します。
  • これは、右ねじの法則の磁界です。

磁界の中にある導体には

  • 導体の上では磁石による磁界と電流による磁界が、同じ方向なので磁界が強くなる。
  • 導体の下側では磁石による磁界と電流による磁界が打ち消しあうので磁界が弱くなる。
  • その結果、導体を下に押す力が働くことになります。これが力が生まれる理屈です。

フレミングの法則による電磁力の大きさ

磁界に対して垂直にある、長さ \(l\) [m] の導体が受ける電磁力 \(F\) [N] は次のようになります。

\(F=BIl\) [N]

\(B\) [T]:磁束密度
\(I\) [A]:電流の大きさ
\(l\) [m]:導体の長さとすると

磁界中の導体に傾きがある場合

磁界中の長さ \(l\) [m] の導体が垂直に受ける磁界だけが電磁力になります。

その垂直分の大きさは \(l\sinθ\) になります。

この導体に \(I\) [A] の電流を流したときの電磁力 \(F\) は

\(F=BIl\sinθ\) [N] 

フレミングの法則により方形コイルに働く力

図7 のような磁束密度 B [T]の磁界の中に、長さ a [m]、幅 b [m]、巻数 N 回の方形コイルを磁界と平行になるように置きます。

これに \(I\) [A]の電流を流したときにコイルにはたらく力は次のようになります。

\(F=BIaN\) [N]

また、コイルの両端にはたらく力は反対方向になりますので、この回転力つまりトルク \(T\) は次のようになります。

\(T=2(F\cfrac{b}{2})=2BIaN\cfrac{b}{2}=BIabN\) [N・m]

\(T=BIabN\) [N・m]

フレミングの右手の法則

フレミングの右手の法則は、磁界の中にある導体に力を加えると、導体に電流が流れることを示すもので、発電機などに使う法則です。

  • 図8のように親指、人差し指、中指を互いに 90°(直角)になるようにして指を開きます。
  • 磁界の方向と力の方向を矢印のようにすると、中指の方向に電流(起電力)が発生することを表しています。
  • 図9のように磁界がある中に導体を置いて、上の方向に力を加えると図の方向に電流が流れることを示しています。
  • これを応用したものが発電機になります。
  • モータと発電機は同じ原理なのです。
  • 模型などで使う小さなモータに電池をつなぐと回転します。
  • このモータにテスターをつないでモータの軸を回してやるとテスターの電流計が振れるのが分かります。

以上で「フレミング左手の法則と右手の法則」の説明を終わります。




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