המעגל המגנטי

עקומת המגנוט ולולאת המגנוט

בפרק הקודם הכרנו את הגודל הפיזיקאלי החדש, עוצמת השדה המגנטי H. למדנו כי קיים קשר בין B ל- H והוא שצפיפות השטף המגנטי B שווה למכפלה של עוצמת השדה המגנטי H בתכונת החלחלות של החומר μ,

B = μ H

על תכונת החלחלות של חומרים ברי-מגנוט למדנו כבר בעבר. כעת המקום לציין שתכונת החלחלות של החומר אינה קבועה. העברת שדה מגנטי דרך החומר גורמת למגנטים הזעירים שבו להסתובב ולהסתדר במקומם באותו הכיוון, בהתאם לקווי השדה המגנטי. תהליך מגנוט זה של החומר הוא הגורם לשינוי בתכונת החלחלות של החומר. השינוי בתכונת החלחלות מתבטא בגרף המתאר את הקשר בין B ל- H עבור חומר מסוים. לו החלחלות הייתה קבועה היה מתקבל גרף של קו ישר, אך מכיוון שהחלחלות הולכת וקטנה עם העלייה ב- H נקבל קו עקום. גרף של קו עקום זה נקרא "עקומת המגנוט" של החומר. להלן גרף המתאר את עקומת המגנוט של יציקת פלדה לעומת עקומת המגנוט של יציקת ברזל.

עקומות המגנוט של יציקת פלדה/ברזל

ננתח את עקומת המגנוט המתחילה בראשית הצירים, כאשר H שווה לאפס וגם B שווה לאפס. בנקודה זו לא זורם זרם בסליל. נתחיל להעלות את הזרם בסליל שיגרום לעלייה ב- H. לפי עקומת המגנוט ניתן לראות שבשלב ראשון מתקיים בקירוב יחס ישר בין B ל- H. בנקודה מסוימת, אחרי שחלק גדול מהמגנטים הזעירים שבחומר התיישרו לפי קווי השדה המגנטי, נקבל שעלייה בערכו של H מתבטאת בעלייה מועטה בערכו של B. בסופו של דבר נגיע למצב רוויה בו העלאה של H מתבטאת בעלייה קטנה מאוד ואפסית של B.

כעת נניח שברצוננו למגנט את הליבה ברת-המגנוט בקוטביות הפוכה. בתהליך זה מתקבלת תופעה מעניינת הנקראת "חשל" (או "היסטרזיס" בלעז).

אחרי שהגענו לנקודת הרוויה של B ביחס ל- H נקטין את H על-ידי הקטנה של זרם המגנוט הזורם בסליל. נגלה שבתהליך הירידה, הגודל B קטן בשיעור הקטן מהשיעור בו גדל עבור אותו שיעור של שינוי ב- H בזמן העלאת הזרם. כאשר H יקטן לאפס נגלה נגלה ש- B לא קטן עד לאפס, אלא הוא בעל ערך חיובי כלשהו. השדה המגנטי B הנותר בליבה קרוי "מגנטיות שיורית". זוהי מגנטיות עודפת שנותרה בליבה.

כדי לבטל את המגנטיות השיורית ולהקטין את B לאפס ניאלץ להזרים דרך הסליל זרם חשמלי בכיוון ההפוך. הזרמת זרם בכיוון ההפוך יוצר עוצמת שדה מגנטי H שלילית וגורמת להמשך ירידה של B. אחרי ש- B הגיע לאפס כל הגדל של הזרם הזורם כעת בכיוון ההפוך תגרום למגנוט הליבה בכיוון ההפוך. כל העלאה בזרם תגרום לעלייה ב- H ולעלייה ב- B, תחילה בקצב גבוה ויציב, אחר בקצב הולך ומתמתן עד להגעה למצב רוויה.

תהליך חוזר של הורדת הזרם החשמלי לאפס ולאחר-מכן העלאה של הזרם החשמלי בכיוון ההפוך (הכיוון בו התחלנו את תיאורנו) יגרום לסגירת לולאה.

גרף הלולאה שהתקבל נקרא "לולאת המגנוט" או "לולאת החשל" של חומר הליבה.

לולאת מגנוט רחבה משמעותה הפסדי אנרגיה שהשקעתם נדרשת על-מנת להתגבר על המגנטיות השיורית בכל מעבר קוטביות בתהליך המגנוט.

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - מגנטיות | חשמל ומגנטיות - המעגל המגנטי : חלחלות מגנטית | המעגל המגנטי | עוצמת השדה המגנטי | עקומת המגנוט ולולאת המגנוט | חוקי קירכהוף במעגל המגנטי | זרמי מערבולת | סיכום ]