モーターのフレミング左手の法則

電気モーターのフレミング左手の法則は、一対の視覚記憶法のうちの1つであり、もう1つは発電機のフレミング右手の法則です。^{[1] [2] [3]}これらは、19世紀後半にジョン・アンブローズ・フレミングによって、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考案されました。

電流が導線を流れ、その流れ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、それら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、量 (機械力、磁場、電流) が割り当てられます。右手と左手は、それぞれ発電機とモーターに使用されます。

• 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へです。

• 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。

• 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。

ヴァン・デ・グラーフによるフレミングのルールの翻訳は 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。

• F （親指）は導体の力の方向を表す
• B （人差し指）は磁場の方向を表します
• I （中央の指）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、それらをそれぞれ親指、人差し指、中指の順序 (FBI) で割り当てます。

• 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、指に異なるパラメータの配置で記憶法を教え (そして記憶し) ると、両手の役割も逆転する記憶法になる可能性があります (モーターには左手、発電機には右手という標準的な方法ではなく)。これらのバリエーションは、FBI 記憶法のページにさらに詳しくまとめられています。

(場を発火させ、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、親指をハンマーとして、指を模造銃のように向けます。次に、次の動作を実行します。

• 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」

地球の自転はフレミングの左手の法則に基づいています。太陽宇宙線は電流または電荷キャリアを形成し、地球の磁場はステータコイルの磁場を形成します。

フレミングの左手の法則は電動モーターに使用され、フレミングの右手の法則は発電機に使用されます。言い換えれば、運動を生み出す場合にはフレミングの左手の法則を使用し、電気を生み出す場合にはフレミングの右手の法則を使用する必要があります。

原因と結果が異なるため、モーターと発電機には異なる手を使用する必要があります。

電気モーターでは、電流と磁場が存在し（これが原因）、それが運動を生み出す力（これが結果）につながるため、左手の法則が使用されます。発電機では、運動と磁場が存在し（これが原因）、それが電流の生成（結果）につながるため、右手の法則が使用されます。

理由を説明するために、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を考えてみましょう。このようなモーターで動く車両は、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。次に、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、車両は減速します。モーターは発電機として機能し、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、それが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 2 法則(発電機電流はモーター電流と反対方向でなければならず、より強い電流が他方を上回り、エネルギーがよりエネルギーの強いソースからよりエネルギーの弱いソースに流れるようにする) に従います。

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）、導電体の周りを包む円筒形の磁場が生成されます（ハンス・クリスチャン・エルステッドによって発見されました）。

誘導磁場の方向は、マクスウェルのらせん状の法則で覚えることができます。つまり、通常の電流が観察者から遠ざか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流れ、観察者から離れるためにはらせん状のらせんを回すのと同じ方向になります。誘導磁場の方向は、図に示すように、親指が通常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。

外部磁場が水平に印加され、電子の流れ（導線または電子ビーム内）と交差すると、2 つの磁場が相互作用します。マイケル ファラデーは、これを仮想磁力線の形で視覚的に例えました。導線内の磁力線は導線の周りに同心円を形成し、外部印加磁場内の磁力線は平行線を描きます。導線の片側の磁力線が（北磁極から南磁極へ）導線を囲む磁力線と反対方向に流れている場合、磁力線は導線の反対側を通過するように偏向します（磁力線は交差したり、互いに反対方向に流れたりすることはできないため）。その結果、導線のその側の小さな空間に多数の磁力線が存在し、導線の元の側には磁力線がほとんどなくなります。磁力線は直線ではなく、電気導線の周りを走るように曲がっているため、磁力線は張力を受け（伸ばされたゴムバンドのように）、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、ほとんど妨害を受けていないため、一方向へのその蓄積または放出によって、ニュートンの運動の第 3 法則に類似した方法で、反対方向の力が生成されます。このシステムには、この力が作用する可動物体 (電気導体) が 1 つしかないため、正味の効果は、磁束の方向転換先とは反対の方向に、外部から印加された磁場から電気導体を放出する物理的な力となります。この場合 (モーター)、導体が従来の電流を上向きに流し、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、導体が磁場から放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。

• 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、キャラクターのモンスーンが戦闘中にフレミングの左手の法則に何度も言及し、使用しています。^{[出典が必要]}

• 発電機におけるフレミングの右手の法則

ウィキメディア・コモンズには、左手の法則に関連するメディアがあります。

• 図はmagnet.fsu.eduにあります