理論科目の解説

【図解で完全理解】フレミングの左手の法則|電動機(モーター)の原理をマスター

😰 こんな悩み、ありませんか?

  • 左手の法則と右手の法則、どっちがどっちか混乱する
  • 3本の指がそれぞれ何を表すか覚えられない
  • なぜ導体が動くのか、原理がピンとこない
  • 電動機(モーター)がどうやって回るのかイメージできない

📌 この記事の結論

フレミングの左手の法則は「電気→動き」の法則。磁界の中で電流を流すと力が発生し、導体が動く。これがモーターの原理です!「電・磁・力」の語呂で指の役割を完璧に覚えましょう!

フレミングの左手の法則は、電験三種の理論科目で必ず押さえるべき基礎です。

電動機(モーター)、電磁力の計算、そして右手の法則との使い分けなど、様々な場面で登場します。

でも、「どの指が何?」「右手と左手どっち?」と混乱する方も多いですよね。

この記事では、「FBI」の語呂合わせイメージ図解で、一生忘れない理解を目指します!

✋ フレミングの左手の法則とは?

まずは、この法則が何を表しているかを理解しましょう。

「電気エネルギー → 運動エネルギー」の変換

フレミングの左手の法則は、一言で言うと:

フレミングの左手の法則

磁界の中に置いた導体に電流を流すと、
導体に力(電磁力)が働く

☕ たとえ話:川と船

川(磁界)の中に船(導体)を浮かべて、オールで水を押す(電流を流す)と、船が動き出しますよね。この「動く力」が電磁力です。磁界と電流があると、必ず力が生まれるのです。

これが「モーター」の原理!

この法則は、電動機(モーター)の動作原理そのものです。

⚡ モーターが回る仕組み

  1. 永久磁石で磁界を作る
  2. コイル(導体)に電流を流す
  3. コイルにが働く
  4. その力でコイルが回転する!

つまり、「左手の法則 = モーターの法則」と覚えてもOKです!

👆 3本の指は何を表す?

フレミングの左手の法則では、親指・人差し指・中指をそれぞれ直角に開きます。

各指の役割

表すもの 記号 英語
👍 親指 力(電磁力) F Force
👆 人差し指 磁界(磁束) B Magnetic Field
🖕 中指 電流 I Current (I)

最強の覚え方:「FBI」

3本の指を覚えるなら、この語呂合わせが最強です!

🔍 FBI + ビル = 完璧!

指の役割 → FBI(親指からF・B・I)
公式 → F = BIL(ビルを建てる力)
使う場面 → モーター(電気→動き)

もう一つの覚え方:「電・磁・力」

⚡ 電・磁・力

流 → 中指
界 → 人差し指
→ 親指

中指から順に「電・磁・力」と覚える!

🖐️ 実際に左手を使ってみよう

法則を覚えたら、実際に使う練習をしましょう!

使い方の手順

📝 左手の法則の使い方

  1. 左手を出す(右手じゃないよ!)
  2. 親指・人差し指・中指を互いに直角に開く
  3. 人差し指を磁界(N→S)の方向に向ける
  4. 中指を電流の流れる方向に向ける
  5. 親指の向きが力(導体が動く方向)!

例題で確認しよう

📝 例題

磁界が手前から奥へ向かい、電流が下から上へ流れている。導体はどの方向に動く?

✏️ 解き方

  1. 左手を出す
  2. 人差し指を手前から奥(磁界の方向)に向ける
  3. 中指を下から上(電流の方向)に向ける
  4. 親指は…左向きになる!

∴ 導体は左方向に動く

💡 ポイント

  • 実際に左手を動かして確認する癖をつけよう
  • 磁界の向きはN極→S極が正の方向
  • 電流の向きは+→−が正の方向(電子の流れと逆)

📐 電磁力の大きさを計算する

方向が分かったら、次は力の大きさを計算しましょう!

電磁力の公式

電磁力の公式

F = BIL

F:力 [N] B:磁束密度 [T] I:電流 [A] L:導体の長さ [m]

各記号の意味

記号 名称 単位 意味
F 電磁力 N(ニュートン) 導体に働く力
B 磁束密度 T(テスラ) 磁界の強さ
I 電流 A(アンペア) 導体を流れる電流
L 長さ m(メートル) 磁界中の導体の長さ

計算例

📝 例題

磁束密度 B = 0.5T の磁界中に、長さ L = 0.2m の導体を置き、電流 I = 10A を流した。導体に働く力 F を求めよ。

✏️ 解答

公式に代入:

F = BIL = 0.5 × 10 × 0.2 = 1 N

∴ F = 1 N

🎯 公式の覚え方

「BIL(ビル)を建てる力」 → F = BIL
大きなビルを建てるには大きな力が必要。磁界(B)・電流(I)・長さ(L)が大きいほど力(F)も大きくなる!

🤲 左手と右手、どっちを使う?

フレミングの法則には左手右手があります。これを混同しないことが超重要!

左手と右手の使い分け

法則 エネルギー変換 用途 機器
✋ 左手の法則 電気 → 動き 電流から力を求める 電動機(モーター)
🤚 右手の法則 動き → 電気 運動から起電力を求める 発電機(ジェネレータ)

🎯 最強の覚え方

左手 → モーター(Motor)
右手 → 発電機(Generator)

「電気を入れて動く」のがモーター=左手
「動かして電気を作る」のが発電機=右手

もう一つの覚え方:「ひ・み・つ」

🤫 左手は「ひ・み・つ」

(人差し指)→ B(磁界)
(中指)→ I(電流)
(親指)→ F(力)

⚙️ 電動機(モーター)の動作を理解しよう

左手の法則がモーターでどう使われるか、具体的に見ていきましょう!

直流モーターの基本構造

🔧 モーターの主要部品

  • 固定子(ステータ):永久磁石または電磁石で磁界を作る
  • 回転子(ロータ):コイルが巻かれており、電流が流れる
  • 整流子(コミュテータ):電流の向きを切り替える
  • ブラシ:外部電源から電流を供給する

なぜコイルは回り続ける?

ここが重要なポイントです!

🔄 コイルが回り続ける仕組み

  1. コイルの上側と下側に逆向きの力が働く(左手の法則)
  2. この力の組み合わせでコイルが回転し始める
  3. 半回転すると整流子が電流の向きを切り替える
  4. 力の向きも反転するので、同じ方向に回り続ける
  5. これが連続することでモーターが回転する!

☕ たとえ話:ブランコを押す

ブランコを漕ぐとき、行きは「押す」、帰りは「引く」と力の向きを変えますよね。モーターの整流子も同じで、コイルの位置に合わせて電流の向きを切り替えることで、常に同じ方向に回転力を与え続けています。

📌 まとめ

この記事のポイント

  • 左手の法則:磁界中の導体に電流を流すと力が働く
  • 3本の指:親指=力(F)、人差し指=磁界(B)、中指=電流(I)
  • FBIで覚える:親指からF・B・I
  • 電磁力の公式:F = BIL(ビルを建てる力)
  • 左手=モーター、右手=発電機
  • モーターは整流子で電流を切り替えて回り続ける

📋 フレミングの左手の法則チートシート

表すもの 記号
親指 力(電磁力) F
人差し指 磁界(磁束密度) B
中指 電流 I

公式:F = BIL

🔍 FBI + ビル = 完璧!

指の役割 → FBI(親指からF・B・I)
公式 → F = BIL(ビルを建てる力)
使う場面 → モーター(電気→動き)

フレミングの左手の法則は、電動機の原理として電験三種で頻出のテーマです。

「FBI」と「ビル」の語呂合わせで、もう迷うことはありませんね!

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