מעבדת האלקטרומגנטיות של פאראדיי

כוח חשמלי וכוח מגנטי הם שני כוחות שהולכים ביחד ונובעים זה מזה. בעזרת שדה מגנטי לא קבוע, כלומר שדה מגנטי שמשתנה בזמן, אפשר לייצר שדה חשמלי. בעזזרת השדה הזה, שמוביל לתנועת מטענים, אפשר לייצר שדה מגנטי. למאפיין הזה ישנם יישומים רבים בתחום החשמל והאלקטרוניקה, ביניהם גנרטורים, שנאים, מנועים ועוד.

היישומון שלפנינו מציג את הקשר בין חשמל למגנטיות באמצעות חמישה מודלים פשוטים. לצפייה ביישומון לחצו על התמונה ופתחו את הקובץ המקושר (יישומון ג'אווה).

היישומון הופק במסגרת פרויקט PhET של אוניברסיטת קולורדו
להורדת היישומון ולהרצתו על המחשב לחצו כאן
אם אינכם מצליחים להעלות את היישומון, התקינו את תוכנת Javaweb. לחצו כאן והתקינו לפי ההוראות.

מטרת היישומון היא להמחיש את הקשר בין שדה מגנטי לזרם חשמלי. היישומון מחולק לחמישה חלקים, שכל אחד מהם חושף נדבך אחר בקשר.

מגנט: החלק הראשון, שבו אנו רואים מגנט ומצפן. שימו לב לחצים סביב המגנט, שמתארים את השדה המגנטי. נסו להזיז את המגנט וראו איך זה משפיע על חוגת המצפן. אפשר גם לשנות את עוצמת המגנט. איך זה משפיע על חוגת המצפן?

סליל אינדוקציה: כאן אנו רואים חוט מלופף שמחובר למד זרם או למנורה. שימו לב מה קורה כשמעבירים את המגנט בתוך הסליל.  מדוע לדעתכם האפקט מתקבל רק כשהמגנט נמצא בתנועה? האם תקבלו תגובה דומה גם כאשר המגנט יעבור מחוץ לחוט המלופף? נסו לראות איך משפיעים כיוון התנועה ומהירותה על עוצמת הזרם וכיוונו. את כיוון הזרם אפשר לראות באמצעות מד הזרם או באמצעות כיוון תנועת האלקטרונים (הכדורים הכחולים). האם מספר הליפופים ושטח הכריכה משפיעים על כיוון הזרם ועוצמתו?

אלקטרומגנט: כאן נמשיך צעד נוסף קדימה ונחבר את סליל האינדוקציה למקור מתח. נראה שנוצר שדה מגנטי. האם משנה אם מקור המתח הוא זרם ישר (DC) או זרם חילופין (AC)? איך זה משפיע על המצפן ועל כיוון השדה המגנטי? האם מספר הליפופים משפיע? שימו לב שאפשר לשנות את כיוונו ועוצמתו של מקור המתח, ושבמצב של זרם חילופין אפשר לשנות גם את אורך הגל והמשרעת (אמפליטודה) שלו.

שנאי: עד כה עסקנו ברכיבים שונים. כעת נתחיל לבדוק את השפעתם זה על זה. בשנאי יש לנו סליל אינדוקציה ואלקטרומגנט. איך הם משפיעים זה על זה בתנועה ובעמידה? אם תשנו את מקור המתח לזרם חילופין (AC), האם המצב ישתנה? מדוע לדעתכם? איזה שימושים אתם יכולים להעלות בדעתכם לשנאי?

מחולל: את המגנט חיברו לגלגל שמונע בידי זרם מים (מהברז). ראו מה קורה כשפותחים את הברז. האם העוצמה של זרם המים משפיעה על זרם החשמל? האם הזרם שמתקבל הוא זרם ישר או זרם חילופין? איזה שימושים אתם יכולים להעלות בדעתכם למחולל?

בעזרת היישומון למדנו על ההשפעה שיש לשינויים בשדה מגנטי על זרם חשמלי. תחילה ראינו איך משפיעה תנועת מגנט על השדה המגנטי, איך אפשר לייצר חשמל מתנועת שדה מגנטי ומה ההשפעה שיש לזרם חשמלי על כיוון השדה המגנטי. לאחר מכן בנינו מהרכיבים הנ"ל שנאי ומחולל וראינו שתי דרכים ליצור זרם חשמלי. בעזרת שילוב של הרכיבים האלה אפשר לבנות מנוע חשמלי, להפיק חשמל ועוד.

ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורוםו אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.