フレミングの左手の法則
カワウソ先生中指が電流、人差し指が磁界。この2本を決めれば、親指が力の向きを教えてくれるよ。
30秒でつかむ
- 左手の中指を電流の向き、人差し指を磁界(新しいタブで開きます)の向きに合わせると、親指の向きが導線にはたらく力の向きになる。
- この力は、磁界の中を流れる電流が磁界から受ける力(電磁力)。モーターが回る仕組みの元になっている。
- 中指と人差し指の向きを逆にすると、力の向きも逆になる。電流か磁界のどちらかが変われば、回る力の向きも変わる。
詳しく
公式
左手の中指・人差し指・親指を、それぞれ直角になるように開く。
中指を電流の向き、人差し指を磁界の向き(N極からS極へ向かう向き)に合わせると、親指の向きが、導線にはたらく力(電磁力)の向きになる。
合わせる順は、中指→電流、人差し指→磁界、親指→力。3本とも同時に動かそうとせず、この順に1本ずつ決めていくとまちがえにくい。
例題
例題:N極を左、S極を右に向かい合わせて置き、その間に1本の導線を手前から奥へ通す。導線に、手前から奥へ向かって電流を流すと、導線にはたらく力の向きはどちらか。
磁界はN極からS極へ向かうので、左から右。人差し指を左から右へ向ける。
電流は手前から奥へ向かうので、中指を手前から奥へ向ける。
人差し指(磁界・左から右)と中指(電流・手前から奥)を直角に開いたとき、親指が向く方向は下向き。これが力の向きになる。
なぜそうなるか
磁界の中を流れる電流は、磁界から力を受ける。この力の向きは、電流の向きと磁界の向きの両方で決まり、計算で求めるのは中学の範囲を超える。
そこでフレミングは、電流・磁界・力の3つの向きがいつも直角に交わる関係を、左手の3本の指に対応づけた。指を正しく合わせれば、計算なしで力の向きがわかる。
モーターのコイルは、磁界の中で電流の向きが変わるようにつくられている。中指(電流)の向きが変わるたびに親指(力)の向きも変わるので、コイルは同じ方向に回り続ける。
確認問題
確認問題(解答用紙)
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/fleming-left-hand-rule/?from=print#quiz
N極を左、S極を右に置き、その間の導線に手前から奥へ電流を流すと、導線にはたらく力の向きはどれか。
- ◯ 左向き
- ◯ 下向き
- ◯ 上向き
- ◯ 右向き
正解:下向き
人差し指を磁界(新しいタブで開きます)の向き(左→右)、中指を電流の向き(手前→奥)に合わせると、親指は下向きを示す。フレミングの左手の法則で、中指が示す向きはどれか。
- ◯ 電流の向き
- ◯ 磁界の向き
- ◯ 力の向き
- ◯ 導線の長さ
正解:電流の向き
中指=電流、人差し指=磁界、親指=力。この順に1本ずつ合わせていく。例題と同じ磁界のまま、導線に流す電流の向きだけを逆(奥から手前)にすると、はたらく力の向きはどうなるか。
- ◯ 下向きのまま変わらない
- ◯ 左向きになる
- ◯ 上向きになる(逆になる)
- ◯ 力がはたらかなくなる
正解:上向きになる(逆になる)
中指(電流)の向きが逆になると、人差し指(磁界)が同じでも親指(力)の向きは逆になる。フレミングの左手の法則が、身近な道具のどの仕組みを説明しているか。
- ◯ 電球が光る仕組み
- ◯ モーターが回る仕組み
- ◯ 抵抗が熱くなる仕組み
- ◯ 電池がたまる仕組み
正解:モーターが回る仕組み
モーターは、磁界の中のコイルに流す電流の向きを変えながら、電磁力でコイルを回し続ける道具。
単元のポイント
- 電磁力 磁界の中を流れる電流が、磁界から受ける力
- 中指 電流の向きに合わせる
- 人差し指 磁界の向き(N極からS極)に合わせる
- 親指 力(電磁力)の向きを示す