השראה אלקטרומגנטית

• חשמל ומגנטיות
• מגנטיות והשראה
• 5 דקות קריאה

איך מגנט שזז יוצר זרם חשמלי, מה קובע את גודל המתח, ולמה כיוון הזרם תמיד מתנגד לשינוי — עם נוסחה, תרגיל פתור וסרטון.

התשובה בקצרה

השראה אלקטרומגנטית היא יצירת מתח חשמלי בסליל, בגלל שינוי בשדה המגנטי שעובר דרכו. שלושה כללים:

1. רק שינוי יוצר מתח. שדה מגנטי קבוע, חזק ככל שיהיה, לא יוצר כלום.
2. ככל שהשינוי מהיר יותר, ויש יותר ליפופים בסליל, המתח גדול יותר.
3. כיוון הזרם המושרה מתנגד לשינוי שיצר אותו.

למי זה מיועד: הנושא נלמד בפרק החשמל והמגנטיות בתיכון. כדאי להכיר קודם שדה מגנטי.

מה זו השראה אלקטרומגנטית

ב־1831 גילה מייקל פאראדיי שכשמכניסים מגנט לתוך סליל, נוצר בו זרם חשמלי — בלי סוללה ובלי מקור מתח. כשהמגנט נעצר, הזרם נעלם. כשמוציאים אותו, הזרם חוזר בכיוון ההפוך.

מה שקובע הוא כמות השדה המגנטי שעוברת דרך הסליל, שנקראת שטף מגנטי. אם השטף משתנה — בגלל תנועה של המגנט, תנועה של הסליל, או שינוי בעוצמת השדה — נוצר מתח מושרה. הגודל שלו תלוי בקצב השינוי ובמספר הליפופים.

תרגיל פתור

הנתונים: בסליל יש 50 ליפופים. השטף המגנטי דרכו משתנה ב־0.02 ויבר במשך 0.1 שנייה.
השאלה: מה המתח המושרה? ומה יקרה אם השינוי יתרחש בחצי מהזמן?

1. מציבים בנוסחה: ε = 50 · 0.02 / 0.1 = 10
2. אם אותו שינוי קורה ב־0.05 שנייה, מחלקים בזמן קטן פי שניים: ε = 50 · 0.02 / 0.05 = 20

התשובה: המתח הוא 10 וולט, וכשהשינוי מהיר פי שניים — 20 וולט. לא השינוי עצמו קובע, אלא הקצב שלו. ε = 10 V → 20 V

למה הזרם מתנגד לשינוי

לכיוון הזרם המושרה יש כלל: הוא תמיד זורם כך שהשדה המגנטי שהוא יוצר מתנגד לשינוי שגרם לו. אם מקרבים לסליל קוטב צפוני, הסליל “מייצר” מולו קוטב צפוני שדוחה אותו. אם מרחיקים אותו, הסליל מנסה למשוך אותו בחזרה.

זה לא שרירותי — זה בדיוק מה שדורש חוק שימור האנרגיה. אילו הזרם היה עוזר לתנועה, היינו מקבלים חשמל בחינם ותנועה שמאיצה את עצמה. בפועל, כדי להמשיך להזיז את המגנט צריך להשקיע אנרגיה, והיא זו שהופכת לאנרגיה חשמלית.

איפה רואים את זה בחיים

• תחנת כוח

  טורבינה מסובבת מגנטים בתוך סלילים. רוב החשמל שמגיע לשקע בבית נוצר כך.

• מטען ומטען אלחוטי

  בשנאי שבתוך המטען, זרם מתחלף בסליל אחד יוצר שדה משתנה, והוא משרה מתח בסליל השני.

• כיריים אינדוקציה

  שדה מגנטי משתנה משרה זרמים בתוך תחתית הסיר עצמו, והם מחממים אותו. הכיריים נשארות קרירות.

שאלות נפוצות

מה זה שטף מגנטי?

מדד לכמות השדה המגנטי שעוברת דרך שטח מסוים. הוא תלוי בעוצמת השדה, בגודל השטח ובזווית ביניהם. היחידה שלו היא ויבר. סליל שמסובבים בתוך שדה קבוע חווה שטף משתנה, ולכן נוצר בו מתח.

מה ההבדל בין גנרטור למנוע?

הם אותו מכשיר בשני כיוונים. גנרטור מקבל תנועה ומייצר זרם — זו השראה. מנוע מקבל זרם ומייצר תנועה, בזכות הכוח שפועל על מוליך נושא זרם בשדה מגנטי.

למה רשת החשמל עובדת בזרם חילופין?

כי שנאי, שמשנה מתח, עובד רק עם שדה מגנטי משתנה. זרם חילופין מחליף כיוון 100 פעמים בשנייה, ולכן אפשר להעלות את המתח להעברה למרחקים ולהוריד אותו ליד הבתים.

תרגילי השראה מפילים אתכם?

בקורס החשמל והמגנטיות כל נושא מוסבר בסרטון, עם תרגילים פתורים לאורך הדרך. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.

לקורס החשמל והמגנטיות

או מתחילים בחינם: ספר החשמל והמגנטיות, להורדה