קורס בתורת החשמל מאת יוסי יאשי

8.1 מבוא - מגנטיות ואלקטרומגנטיות

• (Magnetism and electromagnetism)

  
  

  בפרק 7 למדנו כי שני גופים טעונים חשמלית מפעילים כח זה על זה. ניסוי פשוט, המוצג בהמשך הפרק, יכול להדגים שמטענים הנמצאים בתנועה, מפעילים זה על זה כח נוסף, הנובע מכך שהמטענים נעים. כח זה נקרא כח מגנטי.
  

  בפרק 1 למדנו שכל חומר מורכב מאוסף רב של אטומים ועל כן ישנה תנועה אקראית בלתי פוסקת של האלקטרונים בחומר. ישנם חומרים שבהם תנועת האלקטרונים מסודרת באופן כזה שהיא גורמת לאותם חומרים לרכוש תכונה של משיכת חפצים, למשל כאלו העשויים מברזל, חומרים אלה נקראים בשם מגנטים. אם נקרב אל המגנט חפצים העשויים מחומרים שונים  נגלה שישנם חומרים שנמשכים אליו וישנם אחרים שנמשכים במידה מועטה וכאלה שבכלל לא.

  
  

  
  

  חומרים שנמשכים למגנט נקראים בשם חומרים פרומגנטים. ברזל, ניקל, קובלט וסגסוגותיהם של חומרים אלה משתייכים לקבוצת החומרים הפרומגנטים (נושא זה יורחב בהמשך). אלומיניום, נחושת, כסף וזהב הם דוגמאות לחומרים חסרי תכונות מגנטיות. אנו מבחינים בין שני סוגי מגנט: מגנט טבעי שביסודו הופק ישירות מהטבע ומגנט מלאכותי שזהו חומר שעבר תהליך מגנוט (יפורט בהרחבה בהמשך) ויש לו תכונות מגנטיות שאינן נשארות עימו לנצח. בדומה למטענים חשמליים, שם הבחנו בין מטען חיובי למטען שלילי, גם למגנט קיימים שני סוגים. במקרה זה נשתמש בשם קטבים במקום מטענים.

   מהו מקור השם קוטב?

  אם נציב מוט מגנטי על ציר סיבוב ונסמן את שני קצותיו בצבע שונה, יתברר לנו שקצה אחד של המוט יפנה תמיד לכיוון צפון ואילו הקצה השני יפנה לדרום. גם אם נסיט את המוט ממקומו הוא יחזור ויפנה שוב לאותם הכיוונים. לקצה המוט הפונה לצפון קוראים קוטב צפון (N) ולקצה האחר קוראים קוטב דרום (S). באופן ציורי נוכל לתאר את החומר המגנטי  ככזה שמורכב מאוסף רב של מגנטים זעירים המסודרים באותו כיוון בתוך החומר (דבר הנובע מתנועת האלקטרונים המסודרת במגנט) - ראו איור מספר 8.1. בתוך החומר פועלים כוחות מגנטים (כתוצאה מתנועת המטענים) שגורמים לקיטוב במגנט כך שלכל מגנט ישנו קוטב צפוני N וקוטב דרומי S.

  
  

  
  

  איור 8.1

  
  

  
  

  כאמור מחט מגנטית (כמו במכשיר ה"מצפן") המותקנת על ציר סיבובי תמיד קצה המחט יופנה לכיוון צפון כדור הארץ. מכאן אנו למדים שלושה דברים: האחד, כדור הארץ מתנהג כמגנט ענק בעל שני קטבים (צפון כדור הארץ ודרום כדור הארץ). השני, בין מגנטים פועלים כוחות מגנטים: משיכה ודחייה. השלישי, באזור הקטבים נמצא כוח המשיכה החזק ביותר.

  אם נקרב שני קטבים מגנטים זהים  (צפון אל צפון או דרום אל דרום) נגלה שהם דוחים זה את זה, ואילו  שני קטבים מגנטיים שונים המקורבים זה לזה  מושכים אחד את השני   -  ראו איור 8.2

  
  

  
  

  איור 8.2 

  
  

  
  

  
  

  
  

  •   הקודם                                                                                                                            
  •  המשך