אלקטרומגנטים.

שלב 1 מתוך 6

זרם יוצר שדה

בשנת 1820 הבחין הנס כריסטיאן ארסטד שמחט של מצפן זזה בכל פעם שהפעיל זרם בחוט שהיה לידה. כל זרם חשמלי יוצר סביבו שדה מגנטי. סביב תיל ישר קווי השדה הם מעגלים שמקיפים את התיל, והשדה חלש: כמה סנטימטרים מתיל שזורם בו אמפר אחד, הוא קטן בהרבה מהשדה של כדור הארץ.

כדי לקבל שדה חזק, מלפפים את התיל לסליל. כל כריכה תורמת את השדה שלה, ובתוך הסליל כל התרומות מצביעות לאותו כיוון. על הלוח סליל של חוט נחושת, ארוך 6 cm, מחובר לספק מתח, ובתוכו בורג מברזל. כרגע לא זורם בו זרם, והמהדקים לא זזים.

נסו: העלו את זרם וצפו במהדקים קופצים אל הבורג. החזירו אותו לאפס.

חזרה לניסוי ↑

שלב 2 מתוך 6

השדה בתוך סליל

בתוך סליל ארוך השדה כמעט אחיד, ועוצמתו

$B = \frac{\mu_0 N I}{\ell}$$B =$$\frac{\mu_0 N I}{\ell}$⁠

כאשר $N$⁠ מספר הכריכות, $I$⁠ הזרם, $\ell$⁠ אורך הסליל במטרים, ו־$\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}\ \mathrm{T \cdot m/A}$$\mu_0 =$$4\pi \times 10^{-7}\ \mathrm{T \cdot m/A}$⁠ הוא הקבוע המגנטי. השדה נמדד בטסלה (T). טסלה אחד הוא שדה חזק מאוד; השדה של כדור הארץ הוא בערך 50 µT, ולכן נוח לעבוד במיליטסלה (mT).

עכשיו הליבה בחוץ, והזרם ומספר הכריכות קבועים. חשבו את השדה בתוך הסליל.

שלב 3 מתוך 6

מכפלה אחת

בנוסחה, $N$⁠ ו־$I$⁠ מופיעים רק כמכפלה. מה שקובע את השדה הוא כמה זרם מקיף את הסליל בסך הכול, אמפר־כריכות: $200$⁠ כריכות ב־1 A ו־$100$⁠ כריכות ב־2 A נותנות אותו שדה.

שלב 4 מתוך 6

ליבת ברזל

ברזל רך בנוי מאזורים זעירים, תחומים מגנטיים, שכל אחד מהם הוא מגנט קטן. בדרך כלל הם פונים לכל הכיוונים ומבטלים זה את זה. בשיעור הקודם ראינו שמגנט מיישר אותם; כאן המגנט הוא הסליל עצמו.

נבאו מה יקרה לשדה כשהבורג נכנס, ואז הסתכלו.

שלב 5 מתוך 6

רוויה

ההגברה של הברזל אינה בלי גבול. כשכמעט כל התחומים כבר מיושרים, הברזל מגיע לרוויה, בסביבות 1.6 T, ומעבר לזה תוספת זרם מוסיפה רק את התרומה הקטנה של הסליל עצמו. עכשיו הזרם ומספר הכריכות במקסימום.

שלב 6 מתוך 6

איזה קצה הוא הצפוני

מבחוץ, השדה של סליל נראה כמו השדה של מגנט מוט: הקווים יוצאים מקצה אחד ונכנסים בשני. איזה קצה הוא הצפוני קובע כלל יד ימין: כופפים את אצבעות יד ימין בכיוון הזרם בכריכות, והאגודל מצביע אל הקוטב הצפוני. הפכו את כיוון הזרם, והקטבים מתחלפים.

הצגת השדה על שדה: החצים על החוט מראים את כיוון הזרם, והקווים יוצאים מקצה הבורג.