החוברת · דף לימוד
אלקטרומגנטיות
מדעים · כיתה ח׳ · פרק 4: חשמל ומגנטיות
זרם חשמלי יכול ליצור שדה מגנטי! הגילוי המדהים הזה שינה את העולם ואפשר מנועים, גנרטורים ועוד!
חשמל ומגנטיות - שני צדדים של אותו מטבע
במשך אלפי שנים, חשמל ומגנטיות נחשבו לשתי תופעות נפרדות.
אבל ב-1820, המדען הדני הנס כריסטיאן אֶרְסְטֶד גילה משהו מדהים:
הגילוי
כשזרם חשמלי עובר בחוט, הוא יוצר שדה מגנטי סביבו!
זה היה תחילתה של תחום האלקטרומגנטיות - המדע שחוקר את הקשר בין חשמל למגנטיות.
זרם חשמלי יוצר שדה מגנטי
התגלית של ארסטד
התגלית של אורסטד קובעת כי זרם חשמלי הזורם דרך חרוט או מוליך יוצר סביבו שדה מגנטי המעגל את המוליך, ומהווה את הבסיס לקשר בין תופעות החשמל והמגנטיות.
זרם חשמלי = מגנטיות! זה הקשר הבסיסי.
האלקטרומגנט - מגנט מלאכותי
מהו אלקטרומגנט?
אלקטרומגנט הוא סוג של מגנט הפועל ונוצר רק כאשר עובר זרם חשמלי דרך סליל של חוט מוליך, ולרוב עוצמתו מוגברת משמעותית בעזרת ליבת ברזל מתמגנטת.
אלקטרומגנט = סליל + זרם חשמלי (+ ליבת ברזל לחיזוק)
גורמים המשפיעים על חוזק האלקטרומגנט
עוצמת הזרם
זרם חזק יותר ← שדה חזק יותר
הכפלת הזרם = הכפלת החוזק המגנטי!
מספר הכריכות
יותר סיבובים ← שדה חזק יותר
50 סיבובים פי 5 יותר חזקים מ-10 סיבובים!
ליבת ברזל
ברזל בתוך הסליל ← שדה חזק פי 1000!
הברזל הופך למגנט זמני חזק מאוד.
קוטר הסליל
סליל צר יותר ← שדה חזק יותר
קווי השדה מרוכזים יותר.
מגנט קבוע מול אלקטרומגנט
מגנט קבוע
יתרונות:
• תמיד פעיל - לא צריך חשמל
• פשוט ואמין
• לא צורך אנרגיה
חסרונות:
• לא ניתן לכיבוי
• חוזק קבוע - אי אפשר לשנות
• מתחלש עם הזמן
שימושים:
מצפן, רמקול פשוט, מגנטי מקרר
אלקטרומגנט
יתרונות:
• ניתן להדלקה/כיבוי לפי רצון
• חוזק מתכוונן - שינוי הזרם
• יכול להיות חזק מאוד
חסרונות:
• צריך זרם חשמלי כל הזמן
• מתחמם בשימוש ממושך
• מורכב יותר
שימושים:
מנוף מגנטי, פעמון דלת, מנוע חשמלי
אלקטרומגנט = שליטה מלאה! זה היתרון הגדול שלו.

שימושים באלקטרומגנט
מנוף מגנטי (Crane)
מנוף עם אלקטרומגנט ענק מרים מכוניות ופסולת ברזל.
• זרם דולק ← מושך את הברזל
• זרם כבה ← משחרר אותו
מושלם למיחזור!
פעמון דלת
אלקטרומגנט מושך פטיש שדופק בפעמון.
• לוחצים על הכפתור ← זרם זורם
• האלקטרומגנט מושך את הפטיש
• הפטיש מצלצל!
רמקול
אלקטרומגנט גורם לממברנה להתנועע ולייצר גלי קול.
זרם משתנה = תנועה משתנה = צליל!
דיסק קשיח (HDD)
אלקטרומגנטים זעירים כותבים וקוראים מידע על דיסק מגנטי.
כל ביט = כיוון מגנטי!
מנעול אלקטרומגנטי
אלקטרומגנט נועל דלת כשיש זרם.
• זרם דולק ← דלת נעולה
• זרם כבה ← דלת נפתחת
MRI (הדמיית תהודה מגנטית)
אלקטרומגנטים עצומי עוצמה יוצרים תמונות של הגוף מבפנים.
ללא קרינה מזיקה!
מנוע חשמלי - מחשמל לתנועה
איך עובד מנוע חשמלי?
מנוע חשמלי הוא מכשיר אשר ממיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה קינטית ותנועה מכנית, באמצעות כוחות משיכה ודחייה מגנטיים הפועלים על סליל נושא זרם הממוקם בתוך שדה מגנטי קבוע.
חשמל ← מגנטיות ← תנועה מסתובבת!
גנרטור - מתנועה לחשמל
הגנרטור - היפוך המנוע
גנרטור חשמלי הוא מתקן אשר ממיר אנרגיה מכנית של תנועה לאנרגיה חשמלית, זאת באמצעות סיבוב של סליל מוליך בתוך שדה מגנטי תוך ניצול עיקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית שהתגלה על ידי מייקל פאראדיי.
תנועה מכנית ← חשמל. זה איך נוצר כל החשמל בעולם!
איך תחנת כוח מייצרת חשמל?
אלקטרומגנט
סליל + זרם (+ ליבת ברזל)
מנוע חשמלי
הופך אנרגיה חשמלית לתנועה.
גנרטור
הופך תנועה לאנרגיה חשמלית.
מה ההבדל העיקרי בין מנוע חשמלי לגנרטור, ומה המשותף להם?