שדה מגנטי

• חשמל ומגנטיות
• מגנטיות והשראה
• 5 דקות קריאה

מה זה שדה מגנטי, איך מציירים קווי שדה, ואיך מחשבים את הכוח על מוליך שנושא זרם — עם נוסחה, תרגיל פתור וסרטון.

התשובה בקצרה

שדה מגנטי הוא האזור שבו מגנט או זרם חשמלי משפיעים על גופים אחרים. שלוש עובדות מרכזיות:

1. מקור השדה הוא תמיד מטען חשמלי בתנועה — זרם בחוט, או תנועת אלקטרונים בתוך מגנט קבוע.
2. עוצמת השדה נמדדת ביחידה שנקראת טסלה.
3. השדה פועל על מטען שנע, על מוליך שזורם בו זרם ועל מגנטים, אבל לא על מטען שעומד במקום.

למי זה מיועד: שדה מגנטי נלמד בפרק החשמל והמגנטיות בתיכון, אחרי מגנטיות.

מה זה שדה מגנטי

מגנט משפיע על מסמר גם בלי לגעת בו. כדי לתאר את ההשפעה הזו, הפיזיקאים משתמשים במושג שדה: בכל נקודה בחלל סביב המגנט יש “הוראה” — לאיזה כיוון ובאיזו עוצמה יורגש כוח. הרעיון הזה הגיע ממייקל פאראדיי, ומקסוול נתן לו צורה מתמטית.

שדה מגנטי נוצר תמיד ממטענים בתנועה. בחוט זה הזרם החשמלי, ובמגנט קבוע זו תנועת האלקטרונים בתוך האטומים. לכן אלקטרומגנט וגם מגנט מקרר יוצרים שדה מאותה סיבה בדיוק.

קווי שדה

מציירים שדה מגנטי בעזרת קווים שיוצאים מהקוטב הצפוני של המגנט ונכנסים לקוטב הדרומי. לכיוון הקו יש משמעות: זה הכיוון שאליו יצביע הקוטב הצפוני של מחט מצפן קטנה שתונח שם.

גם לצפיפות יש משמעות. במקום שבו הקווים צפופים — ליד הקטבים — השדה חזק. במקום שבו הם מתפזרים, השדה חלש. סביב חוט ישר שזורם בו זרם, הקווים הם מעגלים סביב החוט, ואת הכיוון שלהם מוצאים בכלל יד ימין: אוחזים בחוט כשהאגודל בכיוון הזרם, והאצבעות מראות את כיוון השדה.

על מוליך שזורם בו זרם ונמצא בתוך שדה מגנטי פועל כוח. הוא ניצב גם לחוט וגם לשדה, וזה בדיוק העיקרון שמפעיל כל מנוע חשמלי.

תרגיל פתור

הנתונים: חוט באורך 0.3 מטר נמצא בתוך שדה מגנטי של 0.5 טסלה, בניצב לקווי השדה. זורם בו זרם של 2 אמפר.
השאלה: מה הכוח שפועל על החוט? ומה יקרה אם נכפיל את הזרם?

1. מציבים בנוסחה: F = B · I · L = 0.5 · 2 · 0.3 = 0.3
2. הכוח פרופורציוני לזרם, ולכן זרם כפול נותן כוח כפול: F = 0.5 · 4 · 0.3 = 0.6

התשובה: הכוח הוא 0.3 ניוטון, ובזרם כפול — 0.6 ניוטון. זו הסיבה שמנוע חזק יותר צורך יותר זרם. F = 0.3 N → 0.6 N

איפה רואים את זה בחיים

• מנוע חשמלי

  זרם עובר בסליל שנמצא בשדה מגנטי, הכוח שנוצר מסובב אותו — וכך זזים מאוורר, מכונת כביסה ורכב חשמלי.

• רמקול

  זרם משתנה בסליל בתוך שדה מגנטי יוצר כוח משתנה, שמרעיד את הקרום ומייצר צליל.

• מצפן

  המחט מסתדרת לאורך קווי השדה של כדור הארץ — בדיוק כמו נסורת ברזל סביב מגנט.

שאלות נפוצות

מה זו טסלה?

יחידת עוצמת השדה המגנטי, על שם ניקולה טסלה. טסלה אחת היא שדה חזק מאוד: השדה של כדור הארץ קטן ממנה בהרבה, ומגנט מקרר רגיל נמצא בסביבות אלפיות הטסלה. מכשיר הדמיה רפואית מגיע לכמה טסלה.

איך יודעים את כיוון הכוח על החוט?

בעזרת כלל יד ימין: כשהאצבעות מצביעות בכיוון הזרם ומתכופפות לכיוון השדה, האגודל מראה את כיוון הכוח. הכוח תמיד ניצב גם לזרם וגם לשדה.

מה ההבדל בין שדה מגנטי לכוח מגנטי?

השדה הוא תכונה של המרחב — הוא קיים גם אם אין שם כלום. הכוח מופיע רק כשמכניסים לשדה משהו שמגיב אליו: מוליך נושא זרם, מטען נע או חומר מגנטי.

כיוונים של שדה וכוח 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