La règle de la main gauche de Fleming pour les moteurs - Fleming's left-hand rule for motors

La règle de la main gauche de Fleming

La règle de la main gauche de Fleming pour les moteurs électriques fait partie d'une paire de mnémoniques visuels , l'autre étant la règle de la main droite de Fleming (pour les générateurs). Ils ont été créés par John Ambrose Fleming , à la fin du XIXe siècle, comme un moyen simple de déterminer la direction du mouvement dans un moteur électrique ou la direction du courant électrique dans un générateur électrique .

Lorsque le courant traverse un fil conducteur et qu'un champ magnétique externe est appliqué à travers ce flux, le fil conducteur subit une force perpendiculaire à la fois à ce champ et à la direction du flux de courant (c'est-à-dire qu'ils sont mutuellement perpendiculaires). Une main gauche peut être tenue, comme indiqué sur l'illustration, de manière à représenter trois axes orthogonaux entre eux sur le pouce, l'index et le majeur. Chaque doigt est alors affecté à une grandeur (force mécanique, champ magnétique et courant électrique). La main droite et la main gauche sont respectivement utilisées pour les générateurs et les moteurs.

Conventions

• Le sens de la force mécanique est le sens littéral.
• La direction du champ magnétique est du nord au sud.
• Le sens du courant électrique est celui du courant conventionnel : du positif au négatif.

Première variante

• Le pouce représente la direction du mouvement du conducteur.
• Le doigt avant représente la direction du champ magnétique.
• Le doigt central représente la direction du courant.

Deuxième variante

• Le jeu m b représente la direction de M otion résultant de la force sur le conducteur
• Le F doigt irst représente la direction de l'magnétique F ield
• Sé c ond doigt représente la direction de la C dusyst.

Troisième variante

La traduction par Van de Graaff des règles de Fleming est la règle du FBI, facilement mémorisable car ce sont les initiales du Federal Bureau of Investigation .

Quatrième variante (FBI)

• Le F (pouce) représente la direction de la force du conducteur
• Le B (index) représente la direction du champ magnétique
• Le I (doigt central) représente la direction du courant.

Celui-ci utilise les paramètres symboliques conventionnels de F (pour la force de Lorentz ), B (pour la densité de flux magnétique ) et I (pour le courant électrique ), et les attribue dans cet ordre (FBI) respectivement au pouce, à l'index et à l'index.

• Le pouce est la force, F
• Le premier doigt est la densité de flux magnétique, B
• Le deuxième doigt est le courant électrique, I.

Bien sûr, si le mnémonique est enseigné (et mémorisé) avec une disposition différente des paramètres pour les doigts, cela pourrait finir comme un mnémonique qui inverse également les rôles des deux mains (au lieu de la main gauche standard pour les moteurs, droite main pour les générateurs). Ces variantes sont cataloguées plus en détail sur la page des mnémoniques du FBI .

Cinquième variante (Tir le champ, sentir la force et tuer le courant)

Cette approche pour se rappeler quel doigt représente quelle quantité utilise certaines actions. Tout d'abord, vous devez pointer vos doigts comme un faux pistolet, avec l'index agissant comme le canon du pistolet et le pouce agissant comme le marteau. Ensuite, effectuez les actions suivantes :

• "Tire le champ" à travers votre index
• « Ressentez la force » de l'arme à feu reculer à travers votre pouce
• Enfin, vous affichez votre majeur pendant que vous "tuez le courant"

Distinction entre la règle de la main droite et la règle de la main gauche

La règle de la main droite de Fleming

La règle de la main gauche de Fleming est utilisée pour les moteurs électriques , tandis que la règle de la main droite de Fleming est utilisée pour les générateurs électriques .

Des mains différentes doivent être utilisées pour les moteurs et les générateurs en raison des différences entre la cause et l'effet.

Dans un moteur électrique, le courant électrique et le champ magnétique existent (qui sont les causes), et ils conduisent à la force qui crée le mouvement (qui est l'effet), et donc la règle de la main gauche est utilisée. Dans un générateur électrique, le mouvement et le champ magnétique existent (causes), et ils conduisent à la création du courant électrique (effet), et donc la règle de la main droite est utilisée.

Pour illustrer pourquoi, considérons que de nombreux types de moteurs électriques peuvent également être utilisés comme générateurs électriques. Un véhicule propulsé par un tel moteur peut être accéléré jusqu'à une vitesse élevée en connectant le moteur à une batterie complètement chargée . Si le moteur est ensuite déconnecté de la batterie complètement chargée et connecté à la place à une batterie complètement déchargée, le véhicule va décélérer. Le moteur agit comme un générateur et convertir du véhicule l' énergie cinétique au retour de l' énergie électrique , qui est ensuite stockée dans la batterie. Étant donné que ni la direction du mouvement ni la direction du champ magnétique (à l'intérieur du moteur/générateur) n'a changé, la direction du courant électrique dans le moteur/générateur s'est inversée. Cela découle de la deuxième loi de la thermodynamique (le courant du générateur doit s'opposer au courant du moteur, et le courant le plus fort l'emporte sur l'autre pour permettre à l'énergie de circuler de la source la plus énergétique à la source la moins énergétique).

Base physique des règles

Prédiction de la direction de la densité de flux ( B ), étant donné que le courant I circule dans la direction du pouce.

Lorsque des électrons ou des particules chargées circulent dans la même direction (par exemple, sous forme de courant électrique dans un conducteur électrique , tel qu'un fil métallique ), ils génèrent un champ magnétique cylindrique qui s'enroule autour du conducteur (comme découvert par Hans Christian Ørsted ).

La direction du champ magnétique induit peut être mémorisée par la règle du tire-bouchon de Maxwell . C'est-à-dire que si le courant conventionnel s'éloigne du spectateur, le champ magnétique tourne dans le sens des aiguilles d'une montre autour du conducteur, dans le même sens qu'un tire - bouchon devrait tourner pour s'éloigner du spectateur. La direction du champ magnétique induit est également parfois mémorisée par la règle de préhension de la main droite , comme le montre l'illustration, le pouce indiquant la direction du courant conventionnel et les doigts indiquant la direction du champ magnétique. L'existence de ce champ magnétique peut être confirmée en plaçant des compas magnétiques en divers points à la périphérie d'un conducteur électrique qui transporte un courant électrique relativement important.

Le pouce montre la direction du mouvement et l'index montre les lignes de champ et le majeur montre la direction du courant induit.

Si un champ magnétique externe est appliqué horizontalement, de sorte qu'il croise le flux d'électrons (dans le fil conducteur, ou dans le faisceau d'électrons), les deux champs magnétiques vont interagir. Michael Faraday a introduit une analogie visuelle pour cela, sous la forme de lignes de force magnétiques imaginaires : celles du conducteur forment des cercles concentriques autour du conducteur ; ceux dans le champ magnétique appliqué de l'extérieur s'étendent en lignes parallèles. Si ceux d'un côté du conducteur courent (du pôle magnétique nord au sud) dans le sens opposé à ceux qui entourent le conducteur, ils seront déviés de sorte qu'ils passent de l'autre côté du conducteur (car les lignes de force magnétiques ne peuvent pas se croisent ou se contredisent). Par conséquent, il y aura un grand nombre de lignes de champ magnétique dans un petit espace de ce côté du conducteur, et une pénurie du côté d'origine du conducteur. Étant donné que les lignes de force du champ magnétique ne sont plus des lignes droites, mais courbes pour contourner le conducteur électrique, elles sont sous tension (comme des bandes élastiques étirées), avec de l'énergie liée au champ magnétique. Puisque ce champ énergétique est maintenant pour la plupart sans opposition, son accumulation ou son expulsion dans une direction crée - d'une manière analogue à la troisième loi du mouvement de Newton - une force dans la direction opposée. Puisqu'il n'y a qu'un seul objet mobile dans ce système (le conducteur électrique) pour que cette force travaille, l'effet net est une force physique qui travaille pour expulser le conducteur électrique du champ magnétique appliqué de l'extérieur dans la direction opposée à celle que le le flux magnétique est redirigé vers - dans ce cas (moteurs), si le conducteur transporte un courant conventionnel vers le haut et que le champ magnétique externe s'éloigne du spectateur, la force physique travaillera pour pousser le conducteur vers la gauche . C'est la raison du couple dans un moteur électrique. (Le moteur électrique est alors construit de telle sorte que l'expulsion du conducteur hors du champ magnétique le place à l'intérieur du champ magnétique suivant, et que cette commutation se poursuive indéfiniment.)

Loi de Faraday : la force électromotrice induite dans un conducteur est directement proportionnelle à la vitesse de variation du flux magnétique dans le conducteur.

Voir également

• Règle de la main droite

Les références

Liens externes

• Diagrammes sur magnet.fsu.edu