左手の法則で物が動くと逆向きの電流は発生する?

質問

昔、中学校で「左手の法則」を習ったことがあります。その後、右手の法則なるものを聞いて、理解に苦しみました。質問サイトを検索して右手の法則と左手の法則の違いはだいたい理解できたのですが、1つ疑問が生じました。左手の法則によって動きだしたものに対して、右手の法則が発動して(動き出したときと逆向きの電流が発生して)、動作が影響を受けることはないのでしょうか？

回答No.3

noname#185706 · ベストアンサー

右手の法則は左手の法則から簡単に導くことができます。いま、導体が磁界を横切って動くとします。そのとき、導体全体の電気量が零であれば、全体として電流は流れません。

しかし、そのような中性の導体にも正の電荷をもつ粒子（Ｐ）と負の電荷をもつ粒子（Ｍ）が含まれています。電流とは電荷の流れのことですから、ＰとＭを別々に考えると、導体が動くときにはＰの運動に伴う電流（ＩＰ）とＭの運動に伴う電流（ＩＭ）が存在することになります。定義によって、電流の方向は正の電荷が流れる方向ですから、ＩＰとＩＭは方向が逆で、互いに打ち消し合って全体の電流は零になっているのです。

そのＩＰとＩＭに個別に左手の法則を適用しましょう。まずＩＰの場合、ＩＰの担い手であるＰに働く力の方向が、右手の法則が示す方向と同じになっていることがわかります。Ｐが動く方向が電流の方向ですから、Ｐには右手の法則が示す方向の起電力が生じるということです。

ＩＭの場合には、向きがＩＰと逆であるため、ＩＭの担い手であるＭに働く力はＰに働く力と方向が逆です。ＭをＰと逆の方向へ動かそうとするということは、Ｍによる電流をＰによる電流と同じ方向へ流そうとするということです。よって、Ｍについても右手の法則が示す方向の起電力が生じるということです。

導体内部で実際の電流を担う粒子は正電荷の場合もあれば、負電荷の場合もあるでしょう。しかし、いずれの場合にも、左手の法則から右手の法則が導かれるということがわかったと思います。

このように右手の法則は左手の法則と内容的には同じものなのですから、質問文の「？」に対する答えは当然「あります」です。

お礼

ご回答ありがとうございます。
「中性の導体にも正の電荷をもつ粒子（Ｐ）と負の電荷をもつ粒子（Ｍ）が含まれています。電流とは電荷の流れのことですから、ＰとＭを別々に考えると、導体が動くときにはＰの運動に伴う電流（ＩＰ）とＭの運動に伴う電流（ＩＭ）が存在することになります。定義によって、電流の方向は正の電荷が流れる方向ですから、ＩＰとＩＭは方向が逆で、互いに打ち消し合って全体の電流は零になっているのです。そのＩＰとＩＭに個別に左手の法則を適用しましょう。」というご説明はとても分かりやすかったです。

回答No.2

do_ra_ne_ko

当然のこと影響を受けます。

例えば、モーターは磁界のなかでコイルに電流を流すので力が働きます。
短い時間を考えると、コイルは例えば水平方向に力をうけて移動します。
地球の上を水平に走っていたつもりが、実は地球の周りを回転していた
ようなものです。

この場合に、コイルはフレミングの右手の法則によって磁界のなかを
力を受けて水平に移動しする訳ですのでモーターの
コイルに電流を流がす方向と逆方向に電流が流れようとします。
電流を流す元は電圧ですから、これを逆起電力と呼びます。

フレミングの左手法則と右法則を同じレベルで同時に考えると複雑
になるのでモーターに電圧をかけてモーターが回転しているときには
逆起電力が発生していると考え考慮にいれます。

モーターに電圧を掛けて電流を流そうとしているのに、
逆に電流を少なくするような働きがあるのです。

これは見方を変えれば抵抗が大きくなったようなものです。
モーターの回転を強制的に止めておいて電圧をかけると
回転時と異なって見掛け上は抵抗は小さいままです。

モーターのコイルは銅製ですので抵抗が小さく、モーターの
回転を強制的に止めたままで電圧をかけると抵抗がちいさいため
大電流が流れてモーターが焼けてしまいます。

モーターが停止しているときに、回転させようとスイッチをいれると
この状態になりますので４，５倍の大電流が流れるので早く回転速度
が大きくなって、見掛け上の抵抗を大きくし電流を小さくしなければ
モーターは焼けます。

お礼

ご回答ありがとうございます。逆起電力について知らなかったのですが、質問したときの疑問は、まさに、回答文中にある「逆起電力」に関するものでした。「モーターの回転を強制的に止めておいて電圧をかけると回転時と異なって見掛け上は抵抗は小さいままです。」以下のご説明はとても分かりやすいです。

「短い時間を考えると、コイルは例えば水平方向に力をうけて移動します。
地球の上を水平に走っていたつもりが、実は地球の周りを回転していた
ようなものです。」というのも、分かりやすかったです。

回答No.1

sanori

こんにちは。

左手の法則（ローレンツ力）
Ｆ→　＝　Ｑ（ｖ→×Ｂ→）
磁場Ｂ→の中を、電荷Ｑの荷電粒子が速度ｖ→で動くと、荷電粒子はＱ（ｖ→×Ｂ→）の力を受ける。

右手の法則（電磁誘導）
Ｅ　＝　－ｄΦB／ｄｔ
磁束ΦBが時間によって変動するとき、その磁束の中にある導体には、－ｄΦB／ｄｔ　の起電力が発生する。

実は、右手の法則の式は、左手の法則の式から導くことができます。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E7%A3%81%E8%AA%98%E5%B0%8E
ですから、同一の法則といっても過言ではありません。

なるべく例え話をせずに説明したかったのですが、例え話になっちゃってすみません。
水力発電をすると、発電した電力を使って滝から落ちた水を再び上のほうに運ぶことは、効率１００％ではないですが可能ですよね。
同様に、あなたが言われる状況を実現することも可能です。

ただし、発電（電磁誘導）というのは、タービンなど、強制的に回転を与えて電力を発生するものですから、発生した電力によって回転を遅くすることはしませんよね。

しかし実は、効率１００％で電気と磁気が互いに他を誘導して、永久的に電磁気の（交流的な）振動が起こり続けるという現象があります。
それは、質量のある物体ではなく、質量ゼロのものの振動で、身近なものです。
それを「電磁波」と呼びます。
「電磁波」には、その振動数に応じて様々な名前がつけられています。
（電波、赤外線、光（可視光）、紫外線、エックス線、ガンマ線）

お礼

ありがとうございました。質問時、左手の法則と右手の法則を個別に理解していたので、混乱していました。「同一の法則といっても過言ではありません。」というご回答を読み、さらに調べて、右ねじの法則を知り、混乱がほぼ収まりました。

>発電（電磁誘導）というのは、タービンなど、強制的に回転を与えて電力を発生するものですから、発生した電力によって回転を遅くすることはしませんよね。

おっしゃる通りで、質問が馬鹿げていたなと、恥ずかしくなりました。ありがとうございました。