סימולציית השראה אלקטרומגנטית

מכניסים מגנט לסליל ומוציאים אותו, ורואים מתי נוצר זרם, באיזה כיוון ובאיזה גודל. אפשר לגרור את המגנט ביד.

מה רואים בסימולציה?

כשמזיזים מגנט ליד סליל, השדה המגנטי שעובר דרך הסליל משתנה. השינוי הזה יוצר בסליל כא״מ מושרה, ואם המעגל סגור, זורם בו זרם. זו השראה אלקטרומגנטית, שגילה מייקל פאראדיי.

שלושה דברים שכדאי לשים לב אליהם:

• רק שינוי יוצר זרם. כשהמגנט עומד, אפילו בתוך הסליל, הגלוונומטר על אפס.
• הכיוון מתהפך. בהכנסה הזרם זורם לכיוון אחד, ובהוצאה לכיוון ההפוך.
• מהר יותר, חזק יותר. תנועה מהירה, יותר ליפופים או מגנט חזק יותר נותנים כא״מ גדול יותר.

בגרף, הקו המקווקו הוא השטף, והקו הסגול הוא הכא״מ. הכא״מ הכי גדול כשהשטף משתנה הכי מהר, ולא כשהוא הכי גדול. ההסבר המלא במאמר השראה אלקטרומגנטית.

חוק לנץ: הסליל מתנגד

הזרם המושרה הופך את הסליל למגנט. האותיות N ו־S ליד הסליל מראות את הקטבים שלו:

• כשהמגנט מתקרב, הסליל יוצר מולו קוטב זהה, ודוחה אותו.
• כשהמגנט מתרחק, הסליל יוצר מולו קוטב הפוך, ומושך אותו.

בשני המקרים הסליל מתנגד לשינוי. לכן צריך לעשות עבודה כדי להזיז את המגנט, והעבודה הזאת הופכת לאנרגיה חשמלית. אילו היה הפוך, היינו מקבלים אנרגיה בחינם, וזה בלתי אפשרי. עוד במאמר חוק לנץ.

הנוסחאות

ניסויים שכדאי לעשות

• לאט ומהר. הכניסו את המגנט במהירות 0.5, ואחר כך 1.5. השטף משתנה באותה כמות, אבל הכא״מ גדל פי 3.
• עוד ליפופים. שנו מ־200 ל־600 ליפופים. הכא״מ גדל פי 3.
• היפוך המגנט. בחרו “קוטב S פונה לסליל”. כל הכיוונים מתהפכים: הזרם, המחוג והקטבים של הסליל.
• מעבר דרך הסליל. כשהמגנט עובר את כל הסליל, הכא״מ מחליף סימן באמצע: קודם השטף גדל, ואז קטן.

תרגיל פתור: מגנט נכנס לסליל

תרגיל פתור

הנתונים: בסליל יש 200 ליפופים. מכניסים מגנט, והשטף דרך כל ליפוף עולה מ־0 ל־0.8 מילי־ובר תוך 0.2 שנייה. ההתנגדות של המעגל 20 אום.
השאלה: מה הכא״מ הממוצע, ומה הזרם?

1. קצב השינוי של השטף:
   ΔΦ / Δt = 0.0008 / 0.2 = 0.004 Wb/s
2. חוק פאראדיי, בגודל:
   |ε| = N · ΔΦ / Δt = 200 · 0.004 = 0.8 V
3. הזרם:
   I = 0.8 / 20 = 0.04 A = 40 mA

התשובה: כא״מ ממוצע של 0.8 וולט וזרם של 40 מיליאמפר. אם נכניס את המגנט פי 2 מהר, גם הכא״מ וגם הזרם יוכפלו.

טעויות נפוצות

• “מגנט חזק בתוך סליל יוצר זרם.” לא. רק שינוי של השטף יוצר כא״מ. מגנט שעומד לא יוצר זרם, חזק ככל שיהיה.
• “הכא״מ הכי גדול כשהמגנט באמצע הסליל.” באמצע השטף הכי גדול, אבל כמעט לא משתנה. הכא״מ הכי גדול בכניסה וביציאה.
• “הזרם המושרה עוזר למגנט להיכנס.” להפך. לפי חוק לנץ הוא תמיד מתנגד לתנועה.

שאלות נפוצות

מה זה השראה אלקטרומגנטית?

יצירה של כא״מ, ושל זרם, בעזרת שינוי של שדה מגנטי. כך עובדות תחנות כוח, אופניים עם דינמו וגם כיריים אינדוקציה.

מה זה שטף מגנטי?

כמה שדה מגנטי עובר דרך שטח מסוים. מודדים אותו ביחידה ובר (Wb). שדה חזק יותר או שטח גדול יותר נותנים שטף גדול יותר.

מה תפקיד הגלוונומטר?

זה מד זרם רגיש מאוד, שהמחוג שלו זז לשני הכיוונים. כך רואים גם את הגודל וגם את הכיוון של זרם קטן.

איך מפיקים חשמל בתחנת כוח?

מסובבים סלילים בתוך שדה מגנטי, או מגנטים בתוך סלילים. השטף משתנה כל הזמן, ונוצר זרם חילופין. עוד במאמר הפקת חשמל.

רוצים ללמוד פיזיקה בלי להיתקע?

בקורסים של פיזיקס יש שיעורי וידאו מסודרים, מכיתה ז׳ ועד הבגרות, וחוברת תרגול עם פתרון וידאו לכל תרגיל.

לכל הקורסים

רוצים קודם לתרגל לבד? הורידו חוברת תרגול בחינם