กฎมือซ้ายของเฟลมมิ่งสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้า

กฎมือซ้ายของเฟลมมิ่ง

กฎมือซ้ายของเฟลมมิ่งสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้า เป็นหนึ่งในคู่ของวิธีช่วยจำ ภาพ ซึ่งอีกอันคือ กฎมือขวาของเฟลมมิ่งสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งคิดค้นโดย จอห์น แอมโบรส เฟลมมิ่ง ในปลายศตวรรษที่ 19 เพื่อเป็นวิธีง่าย ๆ ในการหาทิศทางการเคลื่อนที่ในมอเตอร์ไฟฟ้า หรือทิศทางของกระแสไฟฟ้าในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านลวดที่เป็นตัวนำ และมีสนามแม่เหล็กภายนอกถูกใช้ข้ามกระแสนั้น ลวดตัวนำนั้นจะพบกับแรงที่ตั้งฉากทั้งกับสนามแม่เหล็กและทิศทางการไหลของกระแส (หมายความว่าทั้งสามจะตั้งฉากกันทั้งหมด) สามารถใช้มือซ้ายเพื่อแสดงแกนที่ตั้งฉากสามแกน ซึ่งประกอบด้วยนิ้วโป้ง, นิ้วชี้ และนิ้วกลาง โดยแต่ละนิ้วจะถูกกำหนดให้กับปริมาณต่าง ๆ (แรงกลศาสตร์, สนามแม่เหล็ก และกระแสไฟฟ้า) มือขวาจะใช้สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมือซ้ายสำหรับมอเตอร์

• ทิศทางของกระแสไฟฟ้าคือทิศทางของ [กระแสตามทฤษฎี]: จากบวกไปลบ

ตัวแปรแรก

• นิ้วโป้งแสดงทิศทางของการเคลื่อนไหวของตัวนำ
• นิ้วชี้แสดงทิศทางของสนามแม่เหล็ก
• นิ้วกลางแสดงทิศทางของกระแส

ตัวแปรที่สอง

• M (นิ้วโป้ง) แสดงทิศทางของ การเคลื่อนไหว ซึ่งเกิดจากแรงที่กระทำต่อตัวนำ
• F (นิ้วชี้) แสดงทิศทางของสนามแม่เหล็ก F
• C (นิ้วกลาง) แสดงทิศทางของ ปัจจุบัน

ตัวแปรที่สาม

การแปลของเฟลมมิ่งโดย โรเบิร์ต เจ. ฟาน เดอ กราฟ ของกฎของเฟลมมิ่งคือกฎ FBI (เอฟบีไอ) ซึ่งจำได้ง่ายเพราะเป็นตัวย่อของ สำนักงานสอบสวนกลาง

ตัวแปรที่สี่

• F (นิ้วโป้ง) แสดงทิศทางของแรงที่กระทำต่อตัวนำ
• B (นิ้วชี้) แสดงทิศทางของสนามแม่เหล็ก
• I (นิ้วกลาง) แสดงทิศทางของกระแส

นี่ใช้สัญลักษณ์ตามธรรมเนียมของ F (สำหรับ [แรงลอเรนซ์]), B (สำหรับ [ความหนาแน่นของสนามแม่เหล็ก]), และ I (สำหรับ [กระแสไฟฟ้า]) และกำหนดตามลำดับนี้ (FBI) ให้กับนิ้วโป้ง, นิ้วชี้ และนิ้วกลางตามลำดับ

ตัวแปรที่ห้า

(ยิงสนามแม่เหล็ก รู้สึกถึงแรง และฆ่ากระแส) วิธีนี้ใช้เพื่อช่วยจำว่าหมายเลขใดแสดงถึงปริมาณใด โดยใช้การกระทำบางอย่าง เริ่มจากการชี้นิ้วของคุณเหมือนกับปืนจำลอง โดยที่นิ้วชี้ทำหน้าที่เป็นลำกล้องปืน และนิ้วโป้งทำหน้าที่เป็นค้อน จากนั้นทำตามการกระทำต่อไปนี้:

• "ยิงสนามแม่เหล็ก" ออกทางนิ้วชี้
• "รู้สึกถึงแรง" ของการสะท้อนกลับของปืนผ่านนิ้วโป้ง
• สุดท้ายแสดงนิ้วกลางของคุณขณะ "ฆ่ากระแส"

การหมุนของโลกอิงตามกฎของฟเลมิงในมือซ้าย ที่นี่ รังสีคอสมิกจากดวงอาทิตย์สร้างกระแสไฟฟ้าหรือพาหะประจุ และสนามแม่เหล็กของโลกสร้างสนามแม่เหล็กของขดลวดสเตเตอร์

ความแตกต่างระหว่างกฎมือขวาและกฎมือซ้าย

กฎมือขวาของเฟลมมิ่ง

กฎมือซ้ายของเฟลมมิ่งใช้สำหรับ มอเตอร์ไฟฟ้า ขณะที่กฎมือขวาของเฟลมมิ่งใช้สำหรับ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ กฎมือซ้ายของเฟลมมิ่งควรถูกใช้หากต้องการสร้าง การเคลื่อนไหว ขณะที่กฎมือขวาของเฟลมมิ่งควรถูกใช้หากต้องการสร้าง ไฟฟ้า

ต้องใช้มือที่แตกต่างกันสำหรับมอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเนื่องจากความแตกต่างระหว่างสาเหตุและผล

ในมอเตอร์ไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กมีอยู่แล้ว (ซึ่งเป็นสาเหตุ) และนำไปสู่แรงที่สร้างการเคลื่อนไหว (ซึ่งเป็นผล) ดังนั้นจึงใช้กฎมือซ้าย ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การเคลื่อนไหวและสนามแม่เหล็กมีอยู่ (สาเหตุ) และนำไปสู่การสร้างกระแสไฟฟ้า (ผล) ดังนั้นจึงใช้กฎมือขวา

เพื่อแสดงให้เห็นว่าเหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น ลองพิจารณาว่าหลายประเภทของมอเตอร์ไฟฟ้ายังสามารถใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้อีกด้วย ยานพาหนะที่ใช้มอเตอร์ดังกล่าวสามารถเร่งความเร็วขึ้นไปถึงความเร็วสูงได้โดยการเชื่อมต่อมอเตอร์กับ แบตเตอรี่ ที่ชาร์จเต็ม หากมอเตอร์ถูกถอดออกจากแบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มแล้วเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ที่หมดไฟแทน ยานพาหนะจะชะลอความเร็วลง มอเตอร์จะทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและแปลง พลังงานจลน์ ของยานพาหนะกลับเป็น พลังงานไฟฟ้า ซึ่งจะถูกเก็บไว้ในแบตเตอรี่ เนื่องจากทิศทางการเคลื่อนไหวหรือทิศทางของสนามแม่เหล็ก (ภายในมอเตอร์/เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) ไม่ได้เปลี่ยนแปลง ทิศทางของกระแสไฟฟ้าในมอเตอร์/เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงกลับทิศทาง ซึ่งเป็นไปตาม กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ (กระแสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะต้องตรงข้ามกับกระแสของมอเตอร์ และกระแสที่แข็งแกร่งกว่าจะมีอำนาจเหนือกว่ากระแสที่อ่อนแอกว่าเพื่อให้พลังงานไหลจากแหล่งที่มีพลังงานมากไปยังแหล่งที่มีพลังงานน้อย)

พื้นฐานทางกายภาพของกฎ

การคาดการณ์ทิศทางของความหนาแน่นของฟลักซ์ (B) โดยที่กระแสไฟฟ้า I ไหลไปในทิศทางของนิ้วโป้ง

เมื่ออิเล็กตรอนหรืออนุภาคที่มีประจุไหลผ่านตัวนำ (เช่น สายไฟโลหะ) จะสร้างสนามแม่เหล็กทรงกระบอกที่ล้อมรอบตัวนำปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบครั้งแรกโดย ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตด

ทิศทางของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นสามารถจดจำได้โดยใช้ กฎของแมกซ์เวลล์หากกระแสไฟฟ้าไหลออกจากผู้ชม สนามแม่เหล็กจะหมุนรอบตัวนำในทิศทางตามเข็มนาฬิกา คล้ายกับการหมุนของ ที่เปิดขวดไวน์ ที่ต้องหมุนเพื่อเคลื่อนออกจากผู้ชม ทิศทางของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นยังสามารถจดจำได้โดยใช้ กฎการจับมือขวาของแอมแปร์ ตามที่แสดงในภาพ โดยที่นิ้วโป้งแสดงทิศทางของกระแสไฟฟ้า และนิ้วมือแสดงทิศทางของสนามแม่เหล็ก การมีอยู่ของสนามแม่เหล็กนี้สามารถยืนยันได้โดยการวางเข็มทิศแม่เหล็กที่จุดต่าง ๆ รอบขอบของตัวนำไฟฟ้าที่มีการไหลของกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่

นิ้วโป้งจะแสดงทิศทางของการเคลื่อนไหว, นิ้วชี้จะแสดงเส้นสนามแม่เหล็ก และนิ้วกลางจะแสดงทิศทางของกระแสที่เกิดขึ้น

หากสนามแม่เหล็กภายนอกถูกนำไปใช้ในแนวนอนเพื่อข้ามการไหลของอิเล็กตรอน (ในตัวนำหรือในลำอิเล็กตรอน) สนามแม่เหล็กทั้งสองจะมีปฏิสัมพันธ์กัน ไมเคิล ฟาราเดย์ ได้นำเสนอการเปรียบเทียบเชิงภาพสำหรับเรื่องนี้ ในรูปของเส้นสนามแม่เหล็กสมมุติ: เส้นในตัวนำจะสร้างวงกลมรอบตัวนำ; ส่วนเส้นในสนามแม่เหล็กภายนอกจะวิ่งในแนวขนาน หากเส้นที่อยู่ด้านหนึ่งของตัวนำวิ่ง (จากขั้วแม่เหล็กเหนือไปใต้) ตรงข้ามกับเส้นที่ล้อมรอบตัวนำ, เส้นแม่เหล็กจะถูกเบี่ยงออกไปอีกด้านของตัวนำ (เพราะเส้นแม่เหล็กไม่สามารถข้ามหรือวิ่งขัดแย้งกัน) ผลที่ตามมาคือ จะมีจำนวนมากของเส้นสนามแม่เหล็กในพื้นที่เล็ก ๆ ด้านหนึ่งของตัวนำ และน้อยลงในด้านดั้งเดิมของตัวนำ เนื่องจากเส้นสนามแม่เหล็กไม่เป็นเส้นตรงอีกต่อไป แต่จะโค้งเพื่อวิ่งไปรอบตัวนำไฟฟ้า จึงถูกดึง (คล้ายกับการยืดของยางยืด) โดยมีพลังงานสะสมในสนามแม่เหล็ก เนื่องจากสนามพลังงานนี้มีการต่อต้านน้อยลง, การสะสมหรือการขับออกในทิศทางหนึ่งจะสร้าง — ในลักษณะที่คล้ายกับ กฎการเคลื่อนที่ข้อที่สามของนิวตัน — แรงในทิศทางตรงกันข้ามแรงในทิศทางตรงกันข้าม เนื่องจากมีวัตถุที่เคลื่อนไหวเพียงชิ้นเดียวในระบบนี้ (ตัวนำไฟฟ้า) แรงนี้จึงทำงานเพื่อขับตัวนำออกจากสนามแม่เหล็กภายนอกในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางที่ฟลักซ์แม่เหล็กถูกเบี่ยงเบน — ในกรณีนี้ (มอเตอร์), หากตัวนำมีการไหลของกระแสไฟฟ้าแบบปกติ ขึ้น, และสนามแม่เหล็กภายนอกเคลื่อน ออกจาก ผู้ชม, แรงทางกายภาพจะทำงานเพื่อผลักตัวนำไปทาง ซ้าย นี่คือเหตุผลที่ทำให้เกิด แรงบิด ในมอเตอร์ไฟฟ้า (มอเตอร์ไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นเพื่อให้การขับตัวนำออกจากสนามแม่เหล็กทำให้ถูกวางในสนามแม่เหล็กถัดไป และการสลับนี้จะดำเนินต่อไปอย่างไม่สิ้นสุด)

กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ ระบุว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้า ในตัวนำนั้นแปรผันโดยตรงกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กในตัวนำ

แหล่งข้อมูลอื่น

• Diagrams at magnet.fsu.edu