השדה האלקטרומגנטי - חלק ב

ההגדרה של יחידת הזרם - אמפר

באלקטרוסטאטיקה, באחד הפרקים הראשונים שכותרתו "הכוח החשמלי וחוק קולון" הזכרנו את יחידת קולון ואת יחידת אמפר והבטחנו לדון בהן בשלב מאוחר יותר, לאחר שנצבור מספיק הבנה וידע בתופעת הזרם החשמלי.

כעת, יכולים אנו לדון בהרחבה בהגדרות של יחידות המידה של שני גדלים פיזיקאליים אלו הקשורים זה בזה.

יחידת המידה לעוצמת הזרם החשמלי I נקבעה להיות מוגדרת בעזרת הכוח F הנמדד בניוטון הנובע מהשדה המגנטי B שהזרם החשמלי יוצר.

נזרים בתיל מוליך ישר זרם חשמלי I₁. הזרם החשמלי יוצר במרחק R ממנו שדה מגנטי B לפי המשוואה,

B = μ₀ I₁ / (2πR)

אם נציב בתוך שדה מגנטי זה תיל מוליך נוסף אחר, בו זורם זרם חשמלי I₂, אז הרי שלפי משוואת כוח לורנץ הכוח שיופעל עליו הוא,

F = B I₂ L sinα

נציב את התיל השני כך שיהיה מקביל לתיל הראשון, לכן הזווית α היא זווית ישרה. נציב את הזווית,

F = B I₂ L

בעזרת כלל הבורג או כלל יד ימין נוכל לקבוע את כיוון השדה המגנטי B. תוך שימוש בכלל יד ימין ("אקדח FBI") נוכל לקבוע את כיוון הכוח הפועל על התיל השני. כמובן שגם התיל השני יוצר שדה מגנטי וגורם להפעלת כוח על התיל הראשון. הכוח הפועל בין התילים הוא הדדי. משימוש בכללים אלו נקבל שכאשר זורם בהם זרם חשמלי באותו הכיוון, אז הכוח הפועל ביניהם הוא כוח משיכה. אם הזרם זורם בהם בכיוונים מנוגדים, אז הכוח הפועל ביניהם הוא כוח דחייה.

כעת נציב גם את גודל השדה המגנטי ונקבל,

F = μ₀ I₁ / (2πR) ∙ I₂ L
F = μ₀ I₁ I₂ L / (2πR)

עוצמת הזרם החשמלי נקבעה להיות בגודל של אמפר אחד כאשר מתקיים:
• בשני התילים זורם זרם חשמלי זהה
• התילים הם באורך של מטר אחד
• המרחק בין התילים הוא מרחק של מטר אחד
• הכוח המופעל הוא בגודל של 2∙10^-7 יחידות של ניוטון

כלומר,

2∙10^-7 = μ₀ I₂ / (2π)
I = √(4π∙10^-7 / μ₀) = 1[A]

וכמות המטען החשמלי של יחידת קולון אחת נקבעה להיות שווה לכמות העוברת בפרק זמן של שנייה אחת בנקודה במוליך בו זורם זרם חשמלי של אמפר אחד. כלומר,

q = I ∙ Δt

ולכן הקשר בין היחידות הוא,

1[C] = 1[A] ∙ 1[sec]

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - מגנטיות | השדה האלקטרומגנטי (חלק ב) : שטף מגנטי | חוק אמפר | חוק ביו-סבר | השדה המגנטי של תילים שונים | ההגדרה של יחידת הזרם - אמפר | הקשר בין מגנט קבוע למטען חשמלי נע | סיכום ]