Quelle règle de la « main gauche » peut prédire la direction du mouvement d’un moteur électrique ?
John Ambrose Fleming
La règle de gauche de Fleming (pour les moteurs) et la règle de droite de Fleming (pour les générateurs) sont une paire de mnémoniques visuels. Ils ont été créés par John Ambrose Fleming, à la fin du XIXe siècle, comme moyen simple de déterminer la direction du mouvement dans un moteur électrique ou la direction du courant électrique dans un générateur électrique.
La règle de gauche de Fleming (pour les moteurs) et la règle de droite de Fleming (pour les générateurs) sont une paire de mnémoniques visuels. Ils ont été créés par John Ambrose Fleming, à la fin du XIXe siècle, comme 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 circule dans un fil et qu’un champ magnétique externe est appliqué à travers ce flux, le fil subit une force perpendiculaire à la fois à ce champ et à la direction du flux de courant. Une main gauche peut être tenue, comme le montre l'illustration, de manière à représenter trois axes mutuellement orthogonaux sur le pouce, l'index et le majeur. Chaque doigt se voit ensuite attribuer une grandeur (force mécanique, champ magnétique et courant électrique). Les mains droite et gauche sont utilisées respectivement pour les générateurs et les moteurs.

Conventions

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

Mnémotechnique

Plusieurs aide-mémoire ont été utilisés afin de mémoriser la quantité que représente chaque doigt.

Première variante

* Le Pouce représente la direction de la Poussée sur le conducteur / Mouvement du Conducteur
* L'index représente la direction du champ magnétique
* Le doigt central représente la direction du courant.

Deuxième variante

* Le pouce représente la direction du mouvement résultant de la force exercée sur le conducteur
* Le premier doigt représente la direction du champ magnétique
* Le majeur représente la direction du courant.

Troisième variante

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

Celui-ci utilise les paramètres symboliques conventionnels de F (pour force de Lorentz), B (pour densité de flux magnétique) et I (pour courant électrique), et les attribue dans cet ordre (FBI) respectivement au pouce, à l'index et au majeur.
* 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 appris (et mémorisé) avec une disposition différente des paramètres par rapport aux doigts, il pourrait finir par être un mnémonique qui inverse également les rôles des deux mains (au lieu de la main gauche standard pour les moteurs, la main droite main pour les générateurs). Ces variantes sont cataloguées plus en détail sur la page des mnémoniques du FBI.

Distinction entre la règle de droite et la règle de gauche

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

Différentes mains doivent être utilisées pour les moteurs et les générateurs en raison des différences entre cause et effet.

Dans un moteur électrique, le courant électrique et le champ magnétique existent (qui sont les causes) et conduisent à la force qui crée le mouvement (qui est l'effet), c'est pourquoi la règle de la main gauche est utilisée. Dans un générateur électrique, le mouvement et le champ magnétique existent (causes) et conduisent à la création du courant électrique (effet), c'est pourquoi 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 une batterie complètement déchargée, le véhicule décélérera. Le moteur agira comme un générateur et reconvertira l’énergie cinétique du véhicule en énergie électrique, qui sera ensuite stockée dans la batterie. Puisque ni le sens du mouvement ni celui du champ magnétique (à l’intérieur du moteur/générateur) n’ont changé, le sens du courant électrique dans le moteur/générateur s’est inversé. 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 vers la source la moins énergétique).

La règle pour les moteurs peut être rappelée en rappelant que « les moteurs roulent à gauche en Grande-Bretagne ». La règle pour les générateurs peut être rappelée en se rappelant que soit les lettres « g » et « r » sont communes à « droite » et « générateur », soit la phrase « Jenny a toujours raison » (« Genny » étant une version abrégée courante). du générateur).

Base physique des règles

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

La direction du champ magnétique induit est parfois mémorisée par la règle du tire-bouchon de Maxwell. Autrement dit, si le courant conventionnel s'éloigne du spectateur, le champ magnétique s'étend 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 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 à différents points de la périphérie d'un conducteur électrique transportant un courant électrique relativement important.

Si un champ magnétique externe est appliqué horizontalement, de sorte qu'il traverse le flux d'électrons (dans le fil conducteur ou dans le faisceau d'électrons), les deux champs magnétiques interagiront. Michael Faraday a introduit une analogie visuelle à cet égard, 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 courent en lignes parallèles. Si ceux d'un côté du conducteur vont (du pôle magnétique nord au pôle sud) dans la direction opposée à ceux entourant le conducteur, ils seront déviés pour passer de l'autre côté du conducteur (car les lignes de force magnétiques ne peuvent pas se croiser ou courir à l'encontre de l'autre). 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. Puisque les lignes de force du champ magnétique ne sont plus des lignes droites, mais des courbes pour contourner le conducteur électrique, elles sont sous tension (comme des bandes élastiques tendues), avec de l’énergie liée dans le champ magnétique. Puisque ce champ énergétique est désormais pratiquement 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) sur lequel cette force peut agir, l'effet net est une force physique qui expulse le conducteur électrique hors du champ magnétique appliqué de l'extérieur dans la direction opposée à celle dans laquelle le champ magnétique est appliqué. le flux 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 fonctionnera 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 provoque son placement 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.