La regla de la mano izquierda de Fleming para motores eléctricos es una de un par de mnemotécnicos visuales , la otra es la regla de la mano derecha de Fleming para generadores . [1] [2] [3] Fueron originadas por John Ambrose Fleming , a fines del siglo XIX, como una forma simple de calcular la dirección del movimiento en un motor eléctrico , o la dirección de la corriente eléctrica en un generador eléctrico .
Cuando la corriente fluye a través de un cable conductor y se aplica un campo magnético externo a través de ese flujo, el cable conductor experimenta una fuerza perpendicular tanto a ese campo como a la dirección del flujo de corriente (es decir, son mutuamente perpendiculares). Se puede sostener una mano izquierda, como se muestra en la ilustración, de manera que se representen tres ejes ortogonales entre sí en el pulgar, el índice y el dedo medio. A cada dedo se le asigna una cantidad (fuerza mecánica, campo magnético y corriente eléctrica). La mano derecha y la izquierda se utilizan para generadores y motores respectivamente.
La traducción de Van de Graaff de las reglas de Fleming es la regla del FBI, fácil de recordar porque son las iniciales del Buró Federal de Investigaciones .
Para ello se utilizan los parámetros simbólicos convencionales F (para [fuerza de Lorentz]), B (para [densidad de flujo magnético]) e I (para [corriente eléctrica]), y se atribuyen en ese orden (FBI) respectivamente al pulgar, al primer dedo y al segundo dedo.
Por supuesto, si se enseña (y se recuerda) la regla mnemotécnica con una disposición diferente de los parámetros en los dedos, podría acabar siendo una regla mnemotécnica que también invierta los papeles de las dos manos (en lugar de la mano izquierda estándar para los motores y la mano derecha para los generadores). Estas variantes se encuentran catalogadas con más 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 qué cantidad utiliza algunas acciones. En primer lugar, debes apuntar con los dedos como si fuera una pistola de juguete, con el dedo índice actuando como el cañón de la pistola y el pulgar como el martillo. Luego, realiza las siguientes acciones:
La rotación de la Tierra se basa en la regla de la mano izquierda de Fleming. En ella, los rayos cósmicos solares forman corrientes eléctricas o portadores de carga y el campo magnético terrestre forma el campo magnético de la bobina del estator.
La regla de la mano izquierda de Fleming se utiliza para motores eléctricos , mientras que la regla de la mano derecha de Fleming se utiliza para generadores eléctricos . En otras palabras, la regla de la mano izquierda de Fleming se debe utilizar si se desea crear movimiento , mientras que la regla de la mano derecha de Fleming se debe utilizar si se desea crear electricidad .
Es necesario utilizar manos diferentes para motores y generadores debido a las diferencias entre causa y efecto.
En un motor eléctrico, la corriente eléctrica y el campo magnético existen (que son las causas) y dan lugar a la fuerza que crea el movimiento (que es el efecto), por lo que se utiliza la regla de la mano izquierda. En un generador eléctrico, el movimiento y el campo magnético existen (causas) y dan lugar a la creación de la corriente eléctrica (efecto), por lo que se utiliza la regla de la mano derecha.
Para ilustrar por qué, considere que muchos tipos de motores eléctricos también se pueden utilizar como generadores eléctricos. Un vehículo impulsado por un motor de este tipo puede acelerarse hasta alta velocidad conectando el motor a una batería completamente cargada . Si luego se desconecta el motor de la batería completamente cargada y se conecta en su lugar a una batería completamente descargada, el vehículo desacelerará. El motor actuará como un generador y convertirá la energía cinética del vehículo nuevamente en energía eléctrica , que luego se almacena en la batería. Dado que ni la dirección del movimiento ni la dirección del campo magnético (dentro del motor/generador) han cambiado, la dirección de la corriente eléctrica en el motor/generador se ha invertido. Esto se desprende 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 desde la fuente más energética a la fuente 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 de metal ), generan un campo magnético cilíndrico que envuelve al conductor (como lo 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 corre en el sentido de las agujas del reloj alrededor del conductor, en la misma dirección en la que tendría que girar un sacacorchos 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, con el pulgar mostrando la dirección de la corriente convencional y los dedos mostrando la dirección 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 muestra la dirección del movimiento, el dedo índice muestra las líneas de campo y el dedo medio muestra la dirección de la corriente inducida.
Si se aplica un campo magnético externo horizontalmente, de modo que cruce el flujo de electrones (en el cable conductor o en el haz de electrones), los dos campos magnéticos interactuarán. Michael Faraday introdujo una analogía visual para esto, en forma de líneas de fuerza magnéticas imaginarias : las del conductor forman círculos concéntricos alrededor del conductor; las del campo magnético aplicado externamente corren en líneas paralelas. Si las de un lado del conductor corren (del polo magnético norte al sur) en dirección opuesta a las que rodean al conductor, se desviarán de modo que pasen por el otro lado del conductor (porque las líneas de fuerza magnéticas no pueden cruzarse ni correr en sentido contrario entre sí). En consecuencia, habrá una gran cantidad de líneas de campo magnético en un espacio pequeño en ese lado del conductor, y una escasez de ellas en el lado original del conductor. Dado que las líneas de fuerza del campo magnético ya no son líneas rectas, sino curvas para correr alrededor del conductor eléctrico, están bajo tensión (como bandas elásticas estiradas), con energía ligada al campo magnético. Como este campo energético ahora no tiene prácticamente 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 que actúa esta fuerza, el efecto neto es una fuerza física que actúa para expulsar al conductor eléctrico fuera del campo magnético aplicado externamente en la dirección opuesta a la que se está redirigiendo 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 actuará para empujar al conductor hacia la izquierda . Esta es la razón del par en un motor eléctrico. (El motor eléctrico se construye entonces de modo que la expulsión del conductor fuera del campo magnético haga que se coloque dentro del siguiente campo magnético y que esta conmutación continúe 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.
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