השראה אלקטרומגנטית

השראה עצמית

בפרקים הקודמים ראינו כי כאשר משנים את כמות השטף המגנטי העוברת דרך שטח הכלוא על-ידי מוליך נוצר בתוך המוליך כא"מ מושרה.

בדוגמאות בהן השתמשנו עד עתה המקור לשינוי בשטף המגנטי היה חיצוני למוליך בו נוצר הכא"מ המושרה. למשל, בדוגמה אחת השתמשנו במגנט שמרחקו הפיזי למוליך השתנה עם התנועה בזמן של אחד מהם. בדוגמה אחרת, תנועתו של המוליך בתוך שדה מגנטי גרמה להגדלה או להקטנה של כמות השטף המגנטי העוברת במעגל הנסגר על-ידו.

בדוגמה אחרת נוספת השתמשנו במעגל חשמלי נפרד מהמוליך, טבעת במקרה שלנו, בו סליל יצר בתוכו שדה מגנטי שהשתנה עם שינוי הזרם בסליל.

שינוי זרם בסליל יוצר זרם מושרה בטבעת

בדוגמה האחרונה שינוי בזרם החשמלי גרם לשינוי בשדה המגנטי העובר במרכז הסליל. שינוי זה גרם לשינוי בסך השטף המגנטי העובר דרך הטבעת.

אך לא רק בחלל הכלוא על-ידי הטבעת השתנה השטף המגנטי, אלא גם בחלל הכלוא על-ידי הסליל עצמו!

מסקנה: לא רק בטבעת העוטפת את הסליל נוצר כא"מ מושרה, אלא גם בסליל עצמו נוצר כא"מ מושרה וזרם מושרה המתנגד לסיבת היווצרותו.

סוג זה של השראה של מקור השינוי בשטף החשמלי על עצמו נקרא השראה עצמית.

כלומר, כאשר מחברים סליל למעגל חשמלי ומשנים את עוצמת הזרם החשמלי הזורמת דרך הסליל יתקבל בסליל כא"מ מושרה וזרם מושרה – תופעה זו נקראת השראה עצמית. הכא"מ המושרה והזרם המושרה מתנגדים, לפי חוק לנץ, לסיבת היווצרותם. כלומר, אם מקטינים את עוצמת הזרם החשמלי הזורם בסליל, אז נקבל בסליל זרם מושרה המתנגד להקטנה זו – נקבל זרם מושרה הזורם באותו הכיוון בו זורם הזרם בסליל. אם מגדילים את עוצמת הזרם החשמלי הזורם בסליל, אז נקבל בסליל זרם מושרה המתנגד להגדלה זו – נקבל זרם חשמלי הזורם בכיוון הפוך לזרם הזורם בסליל.

כיוון הזרם החשמלי המושרה בסליל

כך יכול הסליל לשמש כהתקן חשמלי במעגל החשמלי הממתן שינויים פתאומיים בעוצמת הזרם החשמלי בו. התקן חשמלי מסוג זה נקרא משרן. לכל משרן מידת השראות עצמית שונה התלויה במאפייניו. את מידת ההשראות העצמית, הנקראת בקיצור השראות, נסמן באות L.

נמצא את הנוסחה לחישוב ההשראות L של סליל בעזרת חוק פרדיי,

ε = -n dΦ_B / dt

בתוך הסליל השטף המגנטי שווה ל-
Φ_B = B A

סוג נפוץ של משרן הוא סילונית בעלת n ליפופים על ליבת חומר פרומגנטי בעל מקדם חלחלות יחסית μ_r. עבור סילונית השדה המגנטי B שווה ל-

B = μ_r μ₀ n I / l

(שים-לב שבמשוואת השדה המגנטי B של הסילונית החלפנו את ייצוג אורך הסליל להיות l ולא L, כדי לא להתבלבל עם ההשראות)

נציב את שתי המשוואות האחרונות במשוואת הכא"מ המושרה של פרדיי ונקבל,

ε = -μ_r μ₀ n² A / l ∙ dI / dt

נשים לב שהמקדם המוכפל בשינוי הזרם החשמלי בזמן תלוי רק במאפיינים של הסילונית עצמה. מקדם זה הוא מידת ההשראות L של המשרן מסוג סילונית.

L = μ_r μ₀ n² A / l

נציב את ההשראות L ונקבל,

ε = -L dI/dt

מכאן שיחידה אחת של השראות L תתקבל כאשר שינוי הזרם החשמלי I באמפר אחד תוך פרק זמן של שנייה אחת גורם ליצירת כא"מ מושרה של וולט אחד.

היחידה של ההשראות היא וולט כפול שנייה לאמפר [V∙s/A] או אוהם כפול שנייה [Ω∙s]. יחידה זו מוחלפת על-ידי יחידת הנרי המסומנת על-ידי האות H.

עוד על המשרן ועל תפקידו במעגל החשמלי מייד בפרק הבא.

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - מגנטיות | חשמל ומגנטיות - השראה אלקטרומגנטית : מבוא | כאמ מושרה וזרם מושרה | חוק ההשראה של פרדיי | חוק לנץ | השראה עצמית | משרן חשמלי | האנרגיה האגורה במשרן | סיכום ]