המעגל המגנטי

חלחלות מגנטית

בפרקים הקודמים ראינו כיצד נוצר שדה מגנטי בתוך סליל מוליך בו זורם זרם חשמלי.

שדה מגנטי בתוך סליל

קווי השדה המגנטי שנוצר עוברים בתוך החלל שבתוך הסליל, במקרה הזה אוויר.

האוויר משמש כתווך בו נעים קווי השדה המגנטי.

כעת נשאלת השאלה האם יש דרך בה ניתן "להקל" על השדה המגנטי ולספק תווך אחר שייתן עוצמת שדה מגנטי גדולה יותר, זאת מבלי לשנות את עוצמת הזרם החשמלי הזורם בסליל.

מסתבר שלחומרים שונים יש חלחלות מגנטית שונה. חלחלות היא תכונת המוליכות המגנטית של החומר ומהווה מדד למידת הקלות או הקושי בו קווי השדה המגנטי מחלחלים בתוכו ועוברים דרכו. ברוב החומרים השדה המגנטי מחלחל באופן "גרוע" והללו גורמים להקטנת עוצמת השדה החשמלי כשהוא עובר דרכם.

תכונת החלחלות המגנטית (הנקראת גם פרמביליות של החומר) מסומנת באות μ. החלחלות של הריק מסומנת על-ידי μ₀ וערכה היא,

μ₀ = 4π∙10^-7 [T∙m/A] ≈ 1.256∙10^-6 [T∙m/A]

T – יחידת שדה מגנטי של טסלה
m – יחידת אורך של מטר
A – יחידת זרם של אמפר

זוהי מידת החלחלות של הריק, אך בקירוב טוב ניתן להשתמש בערך זה גם כמידת החלחלות של האוויר. מעתה והלאה נתייחס למידת החלחלות של האוויר כזהה לזו של ריק.

לברזל-רך ולמתכות שונות המשמשים גם כמוליכים טובים מבחינה חשמלית ומבחינת הולכת חום יש חלחלות מגנטית טובה יותר משל האוויר. החלחלות המגנטית של כל חומר, המסומנת μ_r, נמדדת באופן יחסי (relative – מכאן הסימון r) לחלחלות המגנטית של הריק/האוויר.

כלומר, החלחלות μ_r, הניתנת לכל סוג שונה של חומר, היא מספר חסר יחידות המהווה רק כגורם הכפלה בחלחלות המגנטית של הריק/האוויר μ₀. תוצאת המכפלה של שניהם תיתן את מידת החלחלות של החומר.

למשל, ידוע לנו כי השדה המגנטי B הנוצר במרכז כריכה מעגלית, שרדיוסה R, המוליכה זרם חשמלי I והנמצאת באוויר הוא,

B = μ₀ I / (2R)

אם נכרוך את הכריכה סביב דסקית עשויה מברזל-רך שהחלחלות המגנטית היחסית שלו היא μ_r, אז נקבל שהשדה המגנטי הנוצר במרכז הכריכה – במרכז הדסקית הוא,

B = μ₀ μ_r I / (2R)

בטבלה הבאה מרוכזים מידת החלחלות היחסית של חומרים שונים:

חומר	μr
ריק	1
אוויר	1.00000037
עץ	1.00000043
אלומיניום	1.000022
מים	0.999992
נחושת	0.999994
ניקל	100 - 600
פלדה	4,000 - 750
מתכת	20,000 – 50,000
ברזל	200,000

מהטבלה ניתן לראות על נקל שחומרים כמו פלדה, מתכת ובעיקר ברזל מהווים מקור טוב ליצירת ליבות פנים לסלילים כדי להשיג מהם עוצמת שדה מגנטי גבוהה יותר.

[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 ]