כוח לורנץ

• חשמל ומגנטיות
• מגנטיות והשראה
• 5 דקות קריאה

מה הכוח שפועל על מטען שנע בשדה מגנטי, איך מוצאים את כיוונו, ולמה הוא לא משנה את המהירות — עם נוסחה, תרגיל פתור וסרטון.

התשובה בקצרה

כוח לורנץ הוא הכוח שפועל על מטען חשמלי שנע בתוך שדה מגנטי. שלושה כללים:

1. הכוח גדל עם המטען, עם המהירות ועם עוצמת השדה.
2. הכיוון ניצב גם למהירות וגם לשדה, ומוצאים אותו בכלל יד ימין.
3. מטען שעומד במקום לא מרגיש כוח מגנטי כלל.

למי זה מיועד: כוח לורנץ נלמד בתיכון, אחרי שדה מגנטי.

מה זה כוח לורנץ

שדה מגנטי לא מפעיל כוח על מטען שעומד במקום. אבל ברגע שהמטען נע, ובתנאי שהוא לא נע בדיוק לאורך קווי השדה, הוא מרגיש כוח. הכוח הזה נקרא כוח לורנץ, על שם הפיזיקאי ההולנדי הנדריק לורנץ.

הכוח ניצב גם לכיוון התנועה וגם לכיוון השדה. את הכיוון מוצאים בכלל יד ימין: כשהאצבעות מצביעות בכיוון מהירות המטען החיובי ומתכופפות לכיוון השדה, האגודל מראה את כיוון הכוח. למטען שלילי הכיוון הפוך.

תרגיל פתור

הנתונים: אלקטרון, שגודל מטענו 1.6 כפול 10 בחזקת מינוס 19 קולון, נע במהירות 2 כפול 10 בחזקת 6 מטר לשנייה, בניצב לשדה מגנטי של 0.5 טסלה.
השאלה: מה גודל הכוח שפועל עליו?

1. מציבים בנוסחה: F = 1.6 · 10⁻¹⁹ · 2 · 10⁶ · 0.5
2. מכפילים את המספרים ומחברים את החזקות: F = 1.6 · 10⁻¹³

התשובה: הכוח זעיר במספרים שלנו, אבל האלקטרון קל כל כך שהוא מספיק כדי לכופף את מסלולו לגמרי. F = 1.6 · 10⁻¹³ N

למה המטען נע במעגל

הכוח תמיד ניצב למהירות. זה אומר שהוא אף פעם לא מאיץ ולא מאט את המטען — הוא רק מסובב אותו. מטען שנכנס לשדה מגנטי אחיד בניצב לקווי השדה יתחיל לנוע במעגל, בדיוק כמו גוף שקשור לחוט בתנועה מעגלית.

ככל שהשדה חזק יותר, המעגל קטן יותר. על העיקרון הזה עובדים מאיצי חלקיקים: שדות מגנטיים מכופפים את מסלול החלקיקים למעגל, ושדות חשמליים מאיצים אותם.

איפה רואים את זה בחיים

• זוהר קוטבי

  חלקיקים טעונים מהשמש נלכדים בשדה המגנטי של כדור הארץ, נעים בספירלה לאורך קווי השדה, ומגיעים לאזורי הקטבים.

• מנוע חשמלי

  הזרם בסליל הוא מטענים בתנועה. הכוח שפועל עליהם בשדה המגנטי הוא מה שמסובב את המנוע.

• מאיץ חלקיקים

  מגנטים ענקיים מכופפים את מסלול החלקיקים לטבעת, כדי שיוכלו להאיץ אותם שוב ושוב.

שאלות נפוצות

מה קורה אם המטען נע לאורך קווי השדה?

אז לא פועל עליו כוח מגנטי בכלל. הכוח תלוי ברכיב המהירות שניצב לשדה, וכשהתנועה מקבילה לשדה — הרכיב הזה אפס.

מה הקשר בין כוח לורנץ לכוח על חוט?

זה אותו כוח. בחוט שזורם בו זרם יש מטענים רבים בתנועה, וכוח לורנץ פועל על כל אחד מהם. הסכום שלהם הוא הכוח שמורגש על החוט כולו, ומחושב בנוסחה שכוללת את הזרם ואת אורך החוט.

מה קורה כשיש גם שדה חשמלי וגם מגנטי?

שני הכוחות מתחברים כוקטורים. הכוח החשמלי פועל בכיוון השדה החשמלי, גם על מטען נייח, והמגנטי בניצב לתנועה. יחד הם מתוארים בנוסחת כוח לורנץ המלאה.

כיוונים בשלושה ממדים מבלבלים 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