זרם חילופין
מנוע זרם ישר
המנוע החשמלי הוא התקן הממיר את האנרגיה החשמלית לאנרגיה מכאנית. בפרק זה נתאר את אופן פעולתו של מנוע חשמלי המשתמש בעיקרון הפיזיקאלי של כוח לורנץ,
ראינו שכאשר תיל מוליך זרם חשמל נמצא בתוך שדה מגנטי מופעל עליו כוח - זהו כוח לורנץ. אם נציב כריכה מלבנית בתוך השדה המגנטי, כאשר שתי צלעותיה הארוכות ניצבות לקווי השדה המגנטי, אז יופעל על כל צלע ארוכה כוח מגנטי בכיוון הפוך כמתואר באיור הבא,
כריכה מלבנית בשדה מגנטי
בעקבות הכוחות הפועלים תתחיל הכריכה המלבנית להסתובב. כאשר תבצע הכריכה תנועה מעבר לחצי סיבוב יתכן והיא תמשיך לנוע מעט הלאה מכוח התנופה, אך הכוחות הפועלים על הכריכה מייד ירסנו את המשך תנועתה ויגרמו לה לנוע בחזרה בכיוון ההפוך. במצב זה הכריכה תנוע לזמן קצר הלוך וחזור סביב נקודת שיווי המשקל.
נקודת שיווי המשקל היא כאשר הכוח הפועל על כל צלע ארוכה במלבן הביא את הצלע (בעזרת פעולת הסיבוב) לנקודה הרחוקה ביותר אליה היא יכולה להגיע בכיוון הפעולה של הכוח. כך הכוח הפועל על הצלע הימנית מרתק אותה בנקודה הכי ימנית אליה היא יכולה להגיע, בעוד שהכוח הפועל על הצלע השמאלית מרתק אותה בנקודה הכי שמאלית אליה היא יכולה להגיע.
נקודת שיווי המשקל של כריכה מלבנית בשדה מגנטי
כדי שהכריכה תנוע כל הזמן באותו הכיוון ותשלים סיבוב אחר סיבוב נצטרך להכניס שינוי בהתקן. השינוי הנדרש הוא החלפת כיוון הזרם החשמלי הזורם בכריכה בכל פעם שהכריכה מגיע למצב של שיווי המשקל. החלפת כיוון הזרם החשמלי תגרום להחלפת כיווני הכוחות הפועלים על הכריכה. כך, בכל פעם שהכריכה תגיע לנקודת שיווי המשקל תשתנה נקודת שיווי המשקל.
כדי להשיג זאת נשתמש בטבעת מעגלית חצויה. כל חצי טבעת יחובר להדק שונה של מקור המתח. קצות הכריכה המלבנית יחליקו בתנועתה בחלק הפנימי של הטבעת החצויה. הטבעת החצויה מונחת כך שהשינוי בכיוון הזרם המוזרם דרך הכריכה המלבנית יתבצע כמובן ברגע בו הכריכה עוברת בתנופה את נקודת שיווי המשקל.
כריכה מלבנית בתנועה סיבובית
בכל פעם שהכריכה מגיע לנקודת שיווי המשקל הזרם החשמלי דרכה מתחלף והכוחות הפועלים על הכריכה מתחלפים בכיוונם והכריכה משלימה חצי סיבוב נוסף.
הסברנו כאן את פעולת המנוע על-ידי הסבר התנועה של כריכה בודדת. במציאות, כדי להשיג כוח משמעותי נחליף את הכריכה בסליל ארוך מצופה בידוד שאותו נלפף סיבובים רבים מאוד על גבי ליבה. הליבה מלופפת הסליל נקראת הרוטור של המנוע והיא החלק הנע של המנוע. זוג המגנטים המשמשים ליצירת השדה המגנטי נקראים סטאטור של המנוע והם החלק הנייח של המנוע. את זוג המגנטים הקבוע ניתן להחליף בזוג אלקטרומגנטים הניזונים מאותו מקור מתח חשמלי המספק זרם חשמלי לסליל של הרוטור.
[ עמוד ראשי - מגנטיות | חשמל ומגנטיות - זרם חילופין : מבוא | מנוע זרם ישר | הכאמ המושרה בלולאה מסתובבת | מחולל | אלקטרומגנט | שנאי | הולכת חשמל לצרכנים רחוקים | סיכום ]