플레밍의 왼손법칙과 오른손법칙
플레밍의 왼손법칙과 오른손법칙은 비슷하지만 차이점도 있습니다. 공통점은 엄지는 힘의 방향(F), 검지는 자기장의 방향(B), 중지는 전류의 방향(I)를 가르킵니다. 차이점은 방향에서 발생하는데, F를 기준으로 B를 맞추면 I가 반대가 되로, B를 기준으로 I를 맞추면 F가 반대가 됩니다.
플레밍의 왼손법칙과 오른손법칙은 키랄성(비대칭성)이 있습니다. 따라서 이들은 거울대칭입니다.
그러므로 플레밍의 왼손법칙과 오른손법칙을 구분없이 사용하게 되면 혼란이 발생합니다. 플레밍의 왼손법칙은 전동기의 원리이며, 플레밍의 오른손법칙은 발전기의 원리입니다.
플레밍의 왼손법칙은 전동기의 원리, 원인 : 자기장(B)과 전류(I), 결과 : 힘(F)
▶ 자기장은 그대로 있는 것이므로, 전류 즉, 전기에너지가 필요. 예를들어, 선풍기는 전기에너지를 얻어서 모터에서 운동에너지가 발생.
◯ 플레밍의 오른손법칙은 발전기의 원리, 원인 : 자기장(B)과 힘(F), 결과 : 전류(I)
▶ 자기장은 그대로 있는 것이므로, 힘 즉, 운동에너지가 필요. 예를들어, 휘발유로 모터를 돌려서 발생하는 운동에너지에서 전기에너지가 발생.
자기장(B)과 전류(I)가 흐르면 하전입자들은 힘(F)을 받는데 이것이 로런츠의 힘입니다. 로런츠의 힘을 받아 전동기의 모터를 돌리게 됩니다. 자기장과 전류에 의해 운동에너지가 발생합니다.
<자기장 속에서 도선 또는 도체가 받는 힘의 방향은 오른손바닥 또는 왼손법칙을 이용하여 찾는다.>
따라서 로런츠의 힘(F)의 방향은 플레밍의 왼손법칙과 일치합니다(둘다 역학적 힘이므로). 자기장 속에서 도선 또는 도체가 받는 힘의 방향을 의미하면 로런츠의 힘의 방향을 의미하므로 이것은 플레밍의 왼손법칙(전동기 원리)과 같습니다.
플레밍의 왼손법칙(전동기 원리)의 힘이 로런츠 힘의 방향과 같다면, 플레밍의 오른손법칙(발전기 원리)은 유도전류(또는 유도기전력)의 방향으로서 로런츠 힘과 반대 방향으로 힘이 작용합니다(전류의 변화를 방해하므로). 유도전류도 전류와 마찬가지로 +에서 -로 흐릅니다. 다만, 유도전류의 방향은 도체의 운동(이동)을 방해하는 방향이므로 유도전류가 발생하는 발전기 즉, 플레밍의 오른손법칙은 플레임의 왼손법칙과 힘(F)의 방향이 반대가 됩니다.
따라서 양(陽)에서 음(陰)으로 갈때 그리고 음(陰)에서 양(陽)으로 갈때 받는 힘의 방향은 서로 같은 것이 아니라 반대가 됩니다. 따라서 음과 양과 뿐만아니라 중성(中性)과 반중성(反中性)은 회전방향이 반대가 됩니다. 중성미자는 좌회전만하고, 반중성미자는 우회전만하는데, 자연의 순환성은 똑같은 방향으로의 역행을 거부하며 차이를 두려하기 때문입니다.
조건이 주어지지않은 상태에서 특별히 플레밍의 왼손법칙과 오른손법칙을 구분할 수 있는 방법은 없습니다. 다만 전동기의 원리를 설명할 때는 플레밍의 왼손법칙, 발전기의 원리를 설명할 때는 플레밍의 오른손법칙으로 설명하며 전류 또는 힘의 방향이 반대라는 것을 설명할 뿐입니다. 전동기와 발전기의 원리자체가 서로 비슷하면서도 또한 추구하는 방향성이 반대이기 때문입니다.
위의 그림은 플레밍의 왼손법칙인 전동기와 오른손법칙인 발전기의 모습입니다. 만약 자기장의 방향과 힘의 방향을 맞추게 되면 전류의 방향이 반대가 되는데, 전동기와 발전기는 전류의 방향이 반대가 됩니다. 교류 전동기나 교류 발전기일때도 코일의 회전방향은 위와 마찬가지 입니다. 교류이므로 전류의 이동방향은 시시각각으로 변화하는데 그렇다고 코일의 회전방향도 시시각각으로 변화하지는 않습니다. 왜냐하면 교류일지라도 코일의 회전방향과 전류의 방향이 일치하기 때문입니다. 즉, 코일의 회전주기와 전류의 이동주기가 일치하므로 반바퀴돌때는 +전압, 또 반바퀴돌때는 -전압, 이런식으로 맞추기 때문에 코일의 회전방향은 일정합니다. 따라서 코일의 회전속도를 빠르게 하기위해서는 전류의 빠르기 즉, 교류 주파수를 높여줘야 합니다. 하지만 선풍기는 교류모터를 사용하면서도 속도조절을 할 수 있는 이유는 주파수 조절이 아니라 가변저항을 사용하기 때문입니다. 즉, 저항이 크면 모터의 속도가 느려집니다. 이때 전류의 손실이 발생하므로 자체적으로 주파수를 바꿀 수 있는 인버터(inverter)를 갖춘 것도 있습니다.