כלל יד ימין

• חשמל ומגנטיות
• מגנטיות והשראה
• 7 דקות קריאה

כלל יד ימין עונה על שלוש שאלות: לאן מסתובב השדה המגנטי סביב תיל, איפה הקוטב הצפוני של סליל, ולאן פועל כוח לורנץ. עם שרטוטים, טעויות נפוצות ותרגיל פתור.

התשובה בקצרה

כלל יד ימין הוא דרך לקבוע כיוונים במגנטיות, בלי לזכור אותם בעל פה. יש לו שלושה שימושים:

1. שדה סביב תיל: אוחזים את התיל ביד ימין כשהאגודל בכיוון הזרם. האצבעות המקופלות מראות לאן מסתובבים קווי השדה המגנטי.
2. סליל: מקפלים את האצבעות בכיוון הזרם בכריכות. האגודל מצביע לקוטב הצפוני של הסליל.
3. כוח לורנץ: האצבעות בכיוון הזרם, או בכיוון התנועה של מטען חיובי, ומתכופפות לכיוון השדה. האגודל מראה את כיוון הכוח. למטען שלילי הכוח הפוך.

למי זה מיועד: לתלמידי תיכון שלומדים חשמל ומגנטיות, פרק שבו משתמשים בכלל יד ימין במגנטיות כמעט בכל תרגיל. כדאי להכיר קודם מה זה שדה מגנטי ואיך מציירים קווי שדה. את הגודל של הכוח המגנטי מחשבים בעמוד כוח לורנץ, וכאן מתמקדים בכיוון.

איך מסמנים כיוונים בשלושה ממדים

במגנטיות, הזרם, השדה והכוח לרוב לא נמצאים באותו מישור. הכוח המגנטי תמיד מאונך גם לזרם וגם לשדה. לכן צריך דרך לצייר על דף שטוח גם כיוון שנכנס לדף או יוצא ממנו:

סימן	משמעות	איך לזכור
⊙	יוצא מהדף, אל הקורא	קצה של חץ שמתקרב אליכם
⊗	נכנס לדף, הרחק מהקורא	הנוצות בזנב של חץ שמתרחק מכם

כלל יד ימין לשדה מגנטי של תיל

זרם חשמלי בתיל יוצר סביבו שדה מגנטי. קווי השדה הם מעגלים סגורים סביב התיל, ולא יוצאים ממנו החוצה כמו קרניים. כדי לדעת לאיזה כיוון הם מסתובבים, משתמשים בכלל יד ימין לשדה מגנטי: אוחזים את התיל ביד ימין, כשהאגודל מצביע בכיוון הזרם. האצבעות שמתקפלות סביב התיל מראות את כיוון קווי השדה.

ככל שמתרחקים מהתיל, השדה נחלש. לכן בשרטוט של תיל, המעגלים הרחוקים מייצגים שדה חלש יותר. אם הופכים את כיוון הזרם, גם כיוון הסיבוב של השדה מתהפך.

כלל יד ימין לסליל

סליל הוא תיל שמלופף בהרבה כריכות, כמו קפיץ. השדות של כל הכריכות מתחברים, ובתוך הסליל נוצר שדה חזק וכמעט אחיד. מבחוץ הסליל מתנהג כמו מגנט מוט, עם קוטב צפוני וקוטב דרומי.

כדי למצוא את הקוטב הצפוני, מקפלים את האצבעות של יד ימין בכיוון שבו הזרם זורם בכריכות. האגודל מצביע לקצה של הקוטב הצפוני, N. בתוך הסליל קווי השדה הולכים מ־S אל N, ומחוצה לו הם חוזרים מ־N אל S.

כלל יד ימין לכוח לורנץ

מטען שנע בשדה מגנטי, או תיל נושא זרם בתוך שדה מגנטי, מרגיש כוח. זה כוח לורנץ, והכיוון שלו מאונך גם לזרם וגם לשדה. כדי למצוא אותו משתמשים בכלל יד ימין לכוח:

1. מכוונים את האצבעות של יד ימין בכיוון הזרם, או בכיוון המהירות של מטען חיובי.
2. מקפלים את האצבעות לכיוון השדה המגנטי B.
3. האגודל מראה את כיוון הכוח F.

יש גם גרסה עם כף יד פתוחה: האגודל בכיוון הזרם, ארבע האצבעות הישרות בכיוון השדה, והכוח יוצא מכף היד, בכיוון שבו דוחפים. שתי הגרסאות נותנות תמיד את אותה תשובה. בחרו אחת ותתרגלו רק אותה, כדי לא להתבלבל במבחן.

תרגיל פתור

הנתונים: תיל ישר באורך 0.2 מטר נמצא בשדה מגנטי אחיד של 0.5 טסלה. השדה נכנס לדף ⊗. בתיל זורם זרם של 4 אמפר ימינה.
השאלה: מה הגודל ומה הכיוון של הכוח על התיל? ולאן יפעל הכוח על אלקטרון שנע ימינה באותו שדה?

1. הגודל של הכוח, כשהזרם מאונך לשדה: F = B · I · L = 0.5 · 4 · 0.2 = 0.4 N
2. הכיוון: האצבעות ימינה, בכיוון הזרם, ומתכופפות אל תוך הדף, בכיוון השדה. האגודל מצביע למעלה.
3. האלקטרון: מטען חיובי שנע ימינה היה מקבל כוח למעלה, בדיוק כמו התיל. לאלקטרון יש מטען שלילי, ולכן הכוח עליו הפוך: למטה.

התשובה: על התיל פועל כוח של 0.4 ניוטון, כלפי מעלה בדף. על האלקטרון פועל כוח כלפי מטה. F = 0.4 N ↑

איפה רואים את זה בחיים

• מנוע חשמלי

  במנוע יש סליל בין מגנטים. הכוח המגנטי דוחף צד אחד של הסליל למעלה ואת הצד השני למטה, והסליל מסתובב. כלל יד ימין מראה לאן.

• רמקול

  ברמקול יש סליל קטן בתוך מגנט. הזרם של המוזיקה משנה את כיוונו מהר מאוד, הכוח על הסליל מתהפך שוב ושוב, והממברנה רוטטת ויוצרת קול.

• אלקטרומגנט

  מסמר עטוף בתיל, שמחובר לסוללה, הופך למגנט. כלל יד ימין לסליל מראה באיזה קצה של המסמר יהיה הקוטב הצפוני.

שאלות נפוצות

מה ההבדל בין כלל יד ימין לחוק יד ימין?

אין הבדל. אלה שני שמות לאותו כלל. בספרים ובמבחנים משתמשים בשניהם.

איך משתמשים בחוק יד ימין לשדה מגנטי?

אוחזים את התיל ביד ימין כשהאגודל בכיוון הזרם, והאצבעות המקופלות מראות את כיוון קווי השדה המגנטי. בסליל עושים הפוך: האצבעות בכיוון הזרם בכריכות, והאגודל מראה את הקוטב הצפוני.

איך משתמשים בכלל יד ימין בכוח לורנץ?

האצבעות בכיוון המהירות של המטען החיובי, או בכיוון הזרם, ומתקפלות לכיוון השדה. האגודל מראה את כיוון הכוח. אם המטען שלילי, כמו אלקטרון, הכוח בכיוון ההפוך.

מה קורה אם הזרם מקביל לשדה?

אז אין כוח בכלל. הכוח המגנטי תלוי רק ברכיב של הזרם שמאונך לשדה. כשהזרם והשדה באותו כיוון, אין לאצבעות לאן להתקפל, ואין כוח.

כיוונים בשלושה ממדים מבלבלים אתכם?

בקורס החשמל והמגנטיות יש פרקים על חוק לורנץ, על כוח על תיל נושא זרם ועל מקורות השדה המגנטי, כולל תיל וסליל. כל נושא מוסבר בסרטון, ולכל תרגיל יש פתרון מלא. משלמים פעם אחת, והגישה ללא הגבלת זמן.

לקורס החשמל והמגנטיות

או מתחילים בחינם: ספר החשמל והמגנטיות, להורדה