השדה האלקטרומגנטי - חלק א

מבוא

בחלק הקודם הכרנו את עופרות הברזל המגנטיות ודרכן את תופעת המגנט עצמה. למדנו כיצד נוצר המגנט מסידור של הדו-קטבים שבתוכו ואת השיטה בה ניתן להפוך חומר בר-מגנוט למגנט. גילינו שכל מגנט מורכב משני קטבים המסומנים צפוני N ודרומי S. חקרנו את פעולת הכוחות המגנטיים, את קווי הכוח המגנטיים ואת השדה המגנטי הנפרש על-ידם.

אך תופעת המגנט קיימת בטבע לא רק בעופרות ברזל. הפיזיקאי הדני, הנס ארסטד, גילה בתחילת המאה ה-19 דרך נוספת ליצירת שדה מגנטי. ארסטד גילה כי זרם חשמלי יוצר סביבו שדה מגנטי.

נוכל לגלות את השדה המגנטי הנוצר סביב תיל מוליך זרם חשמלי בעזרת הניסוי הפשוט הבא.

נפזר נסורת ברזל על משטח אופקי סביב תיל מוליך החוצה את המשטח בצורה אנכית. נעביר זרם חשמל דרך התיל ונגלה כי נסורת הברזל מסתדרת פתאום במעגל שמרכזו סביב התיל מוליך הזרם.

מערך ניסוי לגילוי השדה המגנטי שיוצר זרם חשמל

בנוסף, אם נעביר מצפן מסביב לתיל מוליך הזרם החשמלי נגלה שהצבעתו היא משיקה למעגל שמרכזו במרכז התיל. כאשר נהפוך את כיוון הזרם החשמלי בתיל הצבעתו של המצפן תתהפך, כלומר הקוטב צפוני יחליף מקום עם הקוטב דרומי, אך שוב היא תהיה משיקה למעגל סביב התיל.

נסורת הברזל הסתדרה במעגל סביב התיל רק כאשר החל לזרום בו זרם חשמלי. המצפן שינה כיוונו רק כאשר בתיל החל לזרום זרם חשמלי. תוצאה זו מעידה על כך שהזרם החשמלי שזרם בתיל הוא זה שיצר סביבו שדה מגנטי שהפעיל כוח מגנטי על נסורת הברזל ועל מחט המצפן.

כפי שלמדנו באלקטרוסטאטיקה, המטען החשמלי הנייח יוצר סביבו שדה חשמלי. עתה אנו למדים שכאשר המטען החשמלי נע (זרם חשמל הוא מטען חשמלי הנמצא בתנועה) נוצר סביבו בנוסף לשדה החשמלי גם שדה מגנטי.

בחלק הקודם, הדן בתופעה המגנטית, ראינו שקווי השדה המגנטי שנוצרו סביב ברזל ממוגנט ענו על הכללים הבאים:

• קווי השדה המגנטי הם קווים סגורים

• כיוון קווי השדה המגנטי הוא מהקוטב המגנטי הצפוני לקוטב המגנטי הדרומי

• צפיפות גבוהה של קווי שדה מגנטי מעידה על עוצמה גדולה יותר

גם קווי השדה המגנטי שנוצר כתוצאה מתנועה של מטען חשמלי מצייתים לאותם הכללים.

בניסוי שלעיל קיבלנו שקווי השדה המגנטי שנוצרו כתוצאה מתנועת המטען החשמלי הם קווי מעגל סגורים המקיפים את המטען החשמלי במישור הניצב לכיוון תנועתו.

קווי השדה המגנטי מונחים במישור הניצב לכיוון הזרם

גם לשדה המגנטי שנוצר מתנועת המטען החשמלי יש כיוון. כיוון זה של השדה המגנטי שנוצר התהפך כאשר כיוון התנועה של הזרם החשמלי השתנה. מכאן שכיוון השדה המגנטי תלוי בכיוון התנועה של הזרם החשמלי שיצר אותו.

כיוון קווי השדה המגנטי תלוי בכיוון הזרם

ניתן להבחין שככל שמתרחקים מהתיל מוליך הזרם החשמלי כך צפיפות המעגלים שנוצרו בנסורת הברזל הולכת ויורדת במידה משמעותית. מכאן שצפיפות גבוהה של קווי שדה מגנטי שנוצר מזרם חשמלי מעידה גם היא על עוצמה גדולה יותר של השדה המגנטי ושל הכוח המגנטי שמופעל באותה נקודה.

נסכם שסביב תיל המוליך זרם חשמלי נוצרים שני שדות פיזיקאליים: שדה חשמלי ושדה מגנטי. קווי השדות הללו הם אנכיים זה לזה. שני השדות הללו מהווים יחד שדה מאוחד אחד הנקרא השדה האלקטרומגנטי.

על תופעת השדה החשמלי כבר למדנו בפרק הדן בתופעת האלקטרוסטאטיקה. בחלק זה נדון, אם כן, רק בחלק של השדה המגנטי של תופעת השדה האלקטרומגנטי.

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - מגנטיות | השדה האלקטרומגנטי (חלק א) : מבוא | כיוון השדה המגנטי | השדה המגנטי כגודל ווקטורי | עוצמת השדה המגנטי | כוח לורנץ | כוח לורנץ הפועל על חלקיק טעון | כוח לורנץ ושימושיו על חלקיק טעון | כוח לורנץ הפועל על תיל נושא זרם | סיכום ]