フレミング左手の法則

質問

電流(運動する荷電粒子)と磁界によって
電流の流れる導線に力が働く現象を
フレミング左手の法則と呼ばれていますが
これについていくつか質問をお願いします

まず、この力ですが
厳密にはどの物質に働く物なのでしょうか
やはり、荷電粒子そのものに働いているのでしょうか？

さらにこの時、力の向きは左手で親指の向きを指しますが
何故この向きなのでしょうか？
現象としてそれを実験・観測して
その事実を確認は出来ますが
理論的に向きについて説明・解釈をお願いします

回答No.2

Mosurface · ベストアンサー

>　電流(運動する荷電粒子)と磁界によって
　電流の流れる導線に力が働く現象を
　フレミング左手の法則と呼ばれていますが
　これについていくつか質問をお願いします

>　まず、この力ですが
　厳密にはどの物質に働く物なのでしょうか
　やはり、荷電粒子そのものに働いているのでしょうか？

物質は、原子、分子からなり、それらは、かならず電子をもっています。さらに、電流は、電子の流れの逆で、厳密には、電子に力が働いていると解釈していただいて良いと思います。

>　さらにこの時、力の向きは左手で親指の向きを指しますが
　何故この向きなのでしょうか？
　現象としてそれを実験・観測して
　その事実を確認は出来ますが
　理論的に向きについて説明・解釈をお願いします

この力というのが、ローレンツ力というもので、
　　F=q(E+v×B)　(1)
と書けます。
この力について詳しくは、調べてもらえばいいと思います。
ここで、電流については、
　　I=nevS　　　 (2)
と書け、詳しくは、これも調べてもらえばいいと思います。
本題ですが、(1)より、力は、vとBの外積といってもいいでしょう。
外積については、高校でやるところもあるかもい知れませんが、理系の大学なら必ずやると思います。vとBの外積は、どちらにも垂直な方向のベクトルですので、F、v、Bそれぞれ垂直となり、三本の指で表せるわけです。また、vとIは、(2)のような比例の関係にあり、ニアリ－イコールと考えてもいいのではないでしょうか。

お礼

外積は独学ですが一応把握してます

一般に電子の運動方向と磁界の向きに対する
外積が力の方向というのも本で読んだのですが
今回の質問に至る過程で
どうしてこの法則が成り立つのだろうか・・・というものでした

やはり自然現象の結果として受け止めた方が良いのかもしれませんね

ありがとうございました

回答No.3

eatern27

>厳密にはどの物質に働く物なのでしょうか
>やはり、荷電粒子そのものに働いているのでしょうか？
導線が動く理由の大元は、荷電粒子(以下、電子とします)が受けるローレンツ力ですが、導線の質量の大部分は原子核の質量なので、導線を動かしているのは、原子核に原子核そのもに働く力だと考えた方がいいでしょう。
※ローレンツ力の方に電子が偏る事で、導線内に電場が発生し、この電場から原子核が力を受けます。

>さらにこの時、力の向きは左手で親指の向きを指しますが
>何故この向きなのでしょうか？
「フレミング右手の法則」ではなく「フレミング左手の法則」なのは何故か、という趣旨であれば、自然がそうなっているからというよりも、我々がそうなるように磁場(の向き)を定義したからじゃないかなぁ。

ちゃんと考えた事はないですが、磁場を今と逆向きに定義しちゃいけない理由はないと思います。(逆向きに定義し直せば、フレミング右手の法則になりますね)

お礼

ありがとうございました

回答No.1

BookerL

＞　荷電粒子そのものに働いているのでしょうか？

　その通りです。磁場の中を運動する荷電粒子に働く力を「ローレンツ力」といいますが、電流の流れる導線に働く力はこのローレンツ力の総計です。

＞　何故この向きなのでしょうか？

　これは、「自然がこのようになっているから」としか答えようがないと思います。法則は、自然がどのようになっているかを記述しますが、なぜそうなのかは、その法則では説明できません。
　たとえば万有引力の法則は、「二つの物体の間の万有引力がこのように働く」ことは表しますが、「なぜこのように働くか」を説明する物ではありません。
　それと同じようなことだと思います。

お礼

1つ目の質問についてですが
やはり荷電粒子そのものに働いているんですね
これは確認したかっただけなのでよかったです

2つ目ですが
やはり自然現象としてありのままを受け入れなければ
いけないんでしょうか・・・

人間の業と言えばそれまでですが
なんとか理由づけが出来ない物か、と傲慢な希望を持っていたのですが

とにかくありがとうございました