【基礎から学ぶコイル】 フレミング左手の法則 ～胴体に電流を流した時の電流・磁束・力の向きの関係～

今回は、「フレミング左手の法則」についての説明です。

１．ポイント

２．フレミング左手の法則とは？

磁界中で導体に電流を流した時、磁束(磁界)の方向と電流の流れる方向に対応した向きへ電磁力が発生します。

電磁力の発生する向きを知るための方法として、フレミング左手の法則があります。

図2のように、左手の親指、人差し指、中指が互いに直角になるようにして中指が正面を向くような形にして下さい。(xyz軸を示すイメージ)
この時、人差し指を導体の磁束の方向、中指を電流の方向に合わせると、親指が電磁力の発生する方向を示します。

覚え方は2パターンあります。
好きな方で覚えましょう。

• 親指、人差し指、中指の順に力(Force)、磁束(密度)(量記号B)、電流(量記号I)の向きを指し示しているので、FBIと覚える。
• 中指、人差し指、親指の順に電流、磁束、力の向きを指し示しているので、電磁力と覚える。

「フレミング右手の法則」と混在しないように注意しましょう。

３．平行導体間に働く電磁力(電流同方向の場合)

図3のように、2本の平行導体に同じ向きの電流が流れている時、導体間は磁束が疎になり、外側は磁束が密になります。
疎とは間が空いている状態、密とは間が詰まっている状態を指しています。

磁束が増加したところは強く張ったゴム、磁束が減少したところは緩んだゴムになるイメージなので、導体同士に互いを引き合う力(吸引力)が発生します。

ちなみに、電束同士の間隔が狭まる程、密であることを示しています。

この時の電磁力の大きさは以降の平行導体間に働く電磁力の大きさで述べます。

４．平行導体間に働く電磁力(電流逆方向の場合)

図4のように、2本の平行導体に異なる向きの電流が流れている時、導体間は磁束が密になり、外側は磁束が疎になります。
疎とは間が空いている状態、密とは間が詰まっている状態を指しています。

磁束が増加したところは強く張ったゴム、磁束が減少したところは緩んだゴムというイメージなので、導体同士に互いに反発する力(斥力)が発生します。

ちなみに、電束同士の間隔が狭まる程、密であることを示しています。

この時の電磁力の大きさは以降の平行導体間に働く電磁力の大きさで述べます。

５．平行導体間に働く電磁力の大きさ

平行導体間に働く電磁力の大きさについて考えていきます。

図5のように、2本の平行導体a、bがr[m]離れていて、導体aには電流I_a[A]、導体bには電流I_b[A]が流れているとします。
各導体の有効な長さはl[m]です。

電流I_a[A]により発生する磁界の内、導体bでの磁界の強さをH_a[A/m]とします。
この時、磁束の方向(H_a)と電流の方向(I_b)からフレミング左手の法則により導体bに働く電磁力F_b[N]の方向がわかります。

磁界の強さH_a[A/m]は、アンペアの周回路の法則より、次のように表せます。

「電磁力の説明」にて、磁束密度B[T]の平等磁界中で有効な長さl[m]の導体に電流I[A]が流れている時、導体に働く電磁力F[N]は以下のように表せると述べました。

B=μHという関係から、導体aの作る磁界中で導体bに発生する電磁力F_b[N]は以下のように表せます。

導体の有効長さl[m]=1の時は、導体の単位長さ当たりの電磁力なので、単位は[N/m]になります。

同様に導体aに働く電磁力F_a[N]を求めるとF_a=F_bであることがわかります。
従って、平行導体間に働く電磁力の大きさは互いに等しくなります。

以上、「フレミング左手の法則」についての説明でした。

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