Regla de la mano izquierda de Fleming para motores

La regla de la mano izquierda de Fleming para motores eléctricos es una de un par de mnemotecnias visuales , la otra es la regla de la mano derecha de Fleming para generadores . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} Fueron creadas por John Ambrose Fleming , a finales del siglo XIX, como una forma sencilla de calcular la dirección del movimiento en un motor eléctrico o la dirección de la corriente eléctrica en un generador eléctrico .

Cuando una corriente eléctrica fluye a través de un conductor y se aplica un campo magnético externo a través de dicho flujo, el conductor experimenta una fuerza perpendicular tanto al campo magnético como a la dirección de la corriente (es decir, son mutuamente perpendiculares). Como se muestra en la ilustración, se puede colocar la mano izquierda de manera que represente tres ejes mutuamente ortogonales en el pulgar, el índice y el dedo medio. A cada dedo se le asigna una magnitud (fuerza mecánica, campo magnético y corriente eléctrica). La mano derecha se utiliza para generadores y motores, respectivamente.

• La dirección de la corriente eléctrica es la de la [corriente convencional]: de positiva a negativa.

• El pulgar representa la dirección del movimiento del conductor.
• El dedo índice representa la dirección del campo magnético.
• El dedo central representa la dirección de la corriente.

• El pulgar representa la dirección del movimiento resultante de la fuerza sobre el conductor.
• El dedo índice representa la dirección del campo magnético .
• El segundo dedo representa la dirección de la corriente .

La traducción que Van de Graaff hace de las reglas de Fleming es la regla del FBI, fácil de recordar porque son las iniciales de la Oficina Federal de Investigación .

• La F (pulgar) representa la dirección de la fuerza del conductor.
• La letra B (dedo índice) representa la dirección del campo magnético.
• La letra I (dedo central) representa la dirección de la corriente.

Esto utiliza los parámetros simbólicos convencionales de F (para [fuerza de Lorentz]), B (para [densidad de flujo magnético]) e I (para [corriente eléctrica]), y los atribuye en ese orden (FBI) respectivamente al pulgar, el índice y el segundo dedo.

• El pulgar es la fuerza, F
• El primer dedo es la densidad de flujo magnético, B
• El segundo dedo es la corriente eléctrica, I.

Por supuesto, si la regla mnemotécnica se enseña (y se recuerda) con una disposición diferente de los parámetros en los dedos, podría terminar siendo una regla mnemotécnica que también invierta las funciones de las dos manos (en lugar de la mano izquierda estándar para motores y la derecha para generadores). Estas variantes se catalogan con mayor detalle en la página de reglas mnemotécnicas del FBI .

(Dispara el campo, siente la fuerza y ​​corta la corriente) Este método para recordar qué dedo representa cada cantidad utiliza algunas acciones. Primero, debes apuntar con los dedos como si fueras una pistola, con el índice como cañón y el pulgar como martillo. Luego, realiza las siguientes acciones:

• "Dispara el campo" con tu dedo índice
• "Siente la fuerza" del retroceso del arma a través de tu pulgar.
• Finalmente, muestras el dedo medio mientras "cortas la corriente".

La regla de la mano izquierda de Fleming se utiliza para motores eléctricos , mientras que la regla de la mano derecha se utiliza para generadores eléctricos . En otras palabras, la regla de la mano izquierda de Fleming debe utilizarse para generar movimiento , mientras que la regla de la mano derecha debe utilizarse para generar electricidad .

Es necesario utilizar manos diferentes para los motores y generadores debido a las diferencias entre causa y efecto.

En un motor eléctrico, la corriente eléctrica y el campo magnético (causas) generan la fuerza que produce el movimiento (efecto), por lo que se aplica la regla de la mano izquierda. En un generador eléctrico, el movimiento y el campo magnético (causas) generan la corriente eléctrica (efecto), por lo que se aplica la regla de la mano derecha.

Para ilustrar el porqué, consideremos que muchos tipos de motores eléctricos también pueden usarse como generadores eléctricos. Un vehículo impulsado por uno de estos motores puede acelerarse hasta alcanzar una alta velocidad conectándolo a una batería completamente cargada . Si luego se desconecta el motor de la batería cargada y se conecta a una batería totalmente descargada, el vehículo desacelerará. El motor actuará como generador y convertirá la energía cinética del vehículo en energía eléctrica , que se almacena en la batería. Dado que ni la dirección del movimiento ni la del campo magnético (dentro del motor/generador) han cambiado, la dirección de la corriente eléctrica en el motor/generador se ha invertido. Esto se deduce de la segunda ley de la termodinámica (la corriente del generador debe oponerse a la corriente del motor, y la corriente más fuerte supera a la otra para permitir que la energía fluya de la fuente más energética a la menos energética).

Cuando los electrones, o cualquier partícula cargada , fluyen en la misma dirección (por ejemplo, como una corriente eléctrica en un conductor eléctrico , como un cable metálico ), generan un campo magnético cilíndrico que envuelve al conductor (como descubrió Hans Christian Ørsted ).

La dirección del campo magnético inducido se puede recordar mediante la regla del sacacorchos de Maxwell . Es decir, si la corriente convencional fluye alejándose del observador, el campo magnético gira en el sentido de las agujas del reloj alrededor del conductor, en la misma dirección en que un sacacorchos giraría para alejarse del observador. La dirección del campo magnético inducido también se recuerda a veces mediante la regla de la mano derecha , como se muestra en la ilustración, donde el pulgar indica la dirección de la corriente convencional y los dedos la del campo magnético. La existencia de este campo magnético se puede confirmar colocando brújulas magnéticas en varios puntos alrededor de la periferia de un conductor eléctrico que transporta una corriente eléctrica relativamente grande.

El pulgar indica la dirección del movimiento, el índice las líneas de campo y el dedo medio la dirección de la corriente inducida.

Si se aplica un campo magnético externo horizontalmente, de manera que atraviese el flujo de electrones (en el conductor o en el haz de electrones), ambos campos magnéticos interactuarán. Michael Faraday introdujo una analogía visual para este fenómeno, mediante líneas de fuerza magnéticas imaginarias : las del conductor forman círculos concéntricos a su alrededor; las del campo magnético externo discurren en líneas paralelas. Si las líneas de un lado del conductor discurren (del polo magnético norte al sur) en dirección opuesta a las que lo rodean, se desviarán y pasarán por el otro lado (ya que las líneas de fuerza magnéticas no pueden cruzarse ni discurrir en sentido contrario). En consecuencia, habrá un gran número de líneas de campo magnético en un espacio reducido en ese lado del conductor, y una escasez de ellas en el lado original. Dado que las líneas de fuerza del campo magnético ya no son rectas, sino curvas que rodean al conductor eléctrico, se encuentran bajo tensión (como bandas elásticas estiradas), con energía ligada al campo magnético. Dado que este campo energético ahora se encuentra prácticamente sin oposición, su acumulación o expulsión en una dirección crea —de manera análoga a la tercera ley del movimiento de Newton— una fuerza en la dirección opuesta. Como solo hay un objeto móvil en este sistema (el conductor eléctrico) sobre el cual actúa esta fuerza, el efecto neto es una fuerza física que tiende a expulsar el conductor eléctrico del campo magnético externo aplicado en la dirección opuesta a aquella hacia la que se redirige el flujo magnético. En este caso (motores), si el conductor transporta corriente convencional hacia arriba y el campo magnético externo se aleja del observador, la fuerza física tenderá a empujar el conductor hacia la izquierda . Esta es la razón del par motor en un motor eléctrico. (El motor eléctrico se construye de manera que la expulsión del conductor del campo magnético provoque su colocación dentro del siguiente campo magnético, y que este cambio se repita indefinidamente).

La ley de Faraday establece que la fuerza electromotriz inducida en un conductor es directamente proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético en el conductor.

• Regla de la mano derecha de Fleming para generadores

• Diagramas en magnet.fsu.edu