フレミングの左手と右手の法則とは?
電流が流れている導体が磁場内に置かれるとき、その導体には力が作用します。この力の方向は、フレミングの左手の法則(モーター用フレミングの左手の法則とも呼ばれます)を使用して見つけることができます。
同様に、導体を強制的に磁場内に持っていくと、その導体内には誘導電流が生じます。この力の方向は、フレミングの右手の法則を使用して見つけることができます。
フレミングの左手と右手の法則では、磁場、電流、力の間に関係があります。この関係は、それぞれフレミングの左手の法則と右手の法則によって方向的に決定されます。
これらの法則は大きさを決定するものではなく、他の2つのパラメータの方向が既知である場合、3つのパラメータ(磁場、電流、力)のいずれかの方向を示します。
フレミングの左手の法則は主に電気モーターに適用され、フレミングの右手の法則は主に発電機に適用されます。
フレミングの左手の法則とは?
電流が流れている導体が磁場内に置かれると、その導体には、電流と磁場の両方の方向に対して直角の方向に力が作用することがわかります。
下図に示すように、長さ‘L’の導体の一部が、磁極NとSによって生成された強度‘H’の均一な水平磁場内に垂直に配置されています。この導体に電流‘I’が流れている場合、導体に作用する力の大きさは次の通りです:
人差し指、中指、親指を互いに直角になるように左手を広げます。人差し指が磁場の方向を、中指が電流の方向を表すとき、親指は力の方向を表します。
導体に電流が流れるとき、その周りに一つの磁場が誘導されます。この磁場は、導体の周囲にある多数の閉じた磁力線で想像することができます。
磁力線の方向は、マクスウェルのコルクねじ規則または右手握り規則によって決定することができます。
これらの規則によれば、磁力線(または磁束線)の方向は、電流が観察者から離れて流れる場合、つまり導体を通る電流の方向が参照面から内向きの場合、時計回りとなります。
次に、導体に水平な磁場を外部から適用すると、これら2つの磁場、つまり導体を通る電流によって導体周囲に生じる磁場と外部から適用される磁場が相互作用します。
画像からわかるように、外部磁場の磁力線はN極からS極へ、つまり左から右に向かっています。
外部磁場の磁力線と導体内の電流によって生じる磁力線は、導体の上では同じ方向を向いていますが、導体の下では逆方向を向いています。
したがって、導体の上部には導体の下部よりも多くの同方向の磁力線があります。
結果として、導体の上部では磁力線がより密集しており、磁力線は引き伸ばされたゴムバンドのように緊張状態になります。
そのため、導体は磁力線が密集している場所から分散している場所へ、つまり現在の位置から下方へ移動する力が働きます。
上の説明における電流、力、磁場の方向を観察すると、それらの方向はフレミングの左手の法則に従っていることがわかります。
フレミングの右手の法則とは?
ファラデーの電磁誘導の法則によれば、導体が磁場内を移動すると、その中に誘導電流が生じます。この導体が磁場内に強制的に移動させられる場合、作用力、磁場、電流の方向の間に関係があります。
これらの3つの方向の関係は、フレミングの右手の法則によって決定されます。