第一種電工 平成30年度午後 問1｜電気の基礎理論

磁界の中に置いた導体に電流を流すと、導体に力（電磁力）が働きます。この力の向きを知るための法則が「フレミングの左手の法則」です。左手の親指・人差し指・中指をたがいに直角に開き、人差し指を磁界の向き、中指を電流の向きに合わせると、親指の向きが力の向きになります。「電・磁・力（でん・じ・りょく）」と中指から順に覚える方法がよく使われます。モーター（電動機）が回る仕組みはこの法則で説明できます。正答はウ です。

【フレミングの左手の法則】

磁界中の導体に電流が流れたときに働く電磁力の向きを表します。左手の3本の指を互いに直角に開いて、

・中指：電流 I の向き

・人差し指：磁界（磁束密度 B）の向き

・親指：力 F の向き

となります。力の大きさは F＝BIL［N］（磁界と導体が直角のとき）で、問題文の F＝LIB と同じ式です。

【ほかの選択肢】

・ア　フレミングの右手の法則：磁界中で導体を動かしたときに生じる誘導起電力の向きを表す法則。発電機の原理。

・イ　クーロンの法則：2つの電荷（または磁極）の間に働く力の大きさが、距離の2乗に反比例することを表す法則。

・エ　キルヒホッフの法則：回路の電流（電流の分岐点での収支）と電圧（閉回路一周の電圧の和）に関する法則。

【使い分け】

「電流が流れて力が出る＝電動機＝左手」「動かして電圧が出る＝発電機＝右手」と覚えます。

【電磁力の式と向き】

電磁力の大きさは F＝BIL sinθ（θは電流と磁界のなす角）で、直角のとき最大の BIL、平行のとき0になります。向きはベクトルの外積 F＝IL×B で決まり、フレミングの左手の法則はこれを指で表したものです。導体中を動く電荷ひとつひとつに働くローレンツ力を、導体全体で合計したものが電磁力です。

【電動機への応用】

電動機では、磁界中のコイルの両辺に逆向きの電磁力が働き、回転力（トルク）になります。三相誘導電動機では、固定子の三相巻線が作る回転磁界によって回転子の導体に誘導電流が流れ（ここは右手の法則・電磁誘導）、その電流と磁界の間に左手の法則の力が働いて回転します。電源の3線のうち2線を入れ替えると回転磁界の向きが逆になり、電動機は逆回転します。

【平行導体との関係】

2本の平行な電線に電流が流れると、一方の電流が作る磁界の中にもう一方の電流があるため、左手の法則の力が働きます。同じ向きの電流なら吸引力、逆向きなら反発力となり、大きさは電流の積に比例し距離に反比例します。短絡時に大電流が流れると、母線や電線に大きな電磁力が加わるため、高圧受電設備の母線支持には機械的強度が求められます。

【覚え方の注意】

右手と左手を取り違えるのが最も多い失点パターンです。「左手＝力（モーター）」の対応を1つだけ確実に覚え、もう一方は残り、と整理するとよいでしょう。