השדה המגנטי של סליל

סליל של המגנטי השדה

אידאליזציה: השדה אחיד בתוך הסליל ואפס מחוצה לו

חישוב השדה בתוך סליל בעזרת חוק Ampere

בהנחה שהסליל אידאלי )שדה אחיד בתוך הסליל, אפס בחוץ( נבנה לולאה

כמסומן abcdאמפרית בציור

מקביל B- השדה אחיד, ab בקטע ללולאה ולכן

המכפלה הסקאלארית של השדה וכיוון הלולאה בכל

מקום היאBLsdB

0 ולכן B=0- השדה הוא cd בקטע sdB

- השדה מאונך לכיוון adו-bc בקטעים הלולאה ולכן

0 sdB

: - הלולאה: כל פני על BLsdBמסקנה

) המשך ) סליל בתוך השדה חישובסך הכל הזרם שעובר

, Niבתוך הלולאה הוא -N הוא הזרם וiכאשר

הוא מספר הליפופים שבתוך הלולאה

: אמפר חוק את עכשיו נפעיל

, -Ln ל-Nנוח להחליף מ היא צפיפות nכאשר

הליפופים – כמה יש ליחידת אורך

nLiNiisdB 00enc0

niBnLiBL 00 עוצמת השדה בתוך סליל אידיאלי תלוייה

לינארית בזרם ובצפיפות הליפופים

שדות מגנטיים יכולים להשרות זרמים חשמליים

inductance= השראות

x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

מחשבתי תרגיל

של • סגורה לולאהמתח מקור ללא מוליך

המוט • את להזיז נתחיללכיוון בניצב הניד

השדה

B

V+-

חשמליים • מטענים יש אםלפי, ינועו הם חופשיים

הימנית היד חוק!יווצר זרם בלולאה

הזרם: בגלל הנוצר המגנטי השדה כיוון מהו שאלהבלולאה?

הכוח על כל מטען• F=qvB (sin=1) הכוח פועל על המטענים •

, ולכן תורם Lעל-פני מרחק להם אנרגיה

W=FL=qvBLהכא"מ הוא כמו פוטנציאל – •

זוהי אנרגיה ליחידת מטען, ולכן=W/q=vBL

הוא קצב vLשימו לב – •השינוי של השטח בלולאה

Rאם ללולאה התנגדות •יתקבל זרם נטו

=iR ,v=0אם נעצור את הלולאה, •

F=0, W=0!ואין כא"מ כלל

x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

B

V+-

כיוון – נגד הזרם כיווןהשעון

המגנטי – השדה כיוון , , כלומר מהמסך החוצה

השדה לכיוון מנוגדהעיקרי!

Faradayחוק עובדה: רק כאשר ישנו שינוי "יחסי" של המצב •

המגנטי והמוליך נוצר זרם )בלולאה קבועה המצוייה בשדה קבוע לא זורם זרם(

•Faraday :הכוח ניסח את האפקט באופן כמותיהמושרה פרופורציוני ( emf )כא"מ – האלקטרומגנטי

לקצב השינוי של השטף המגנטי דרך הלולאה

AdBdt

dB

B

;

( – בניגוד 1הערה )לחוק גאוס, אין

מדובר במשטח הסוגר נפח, אלא בשטח שבתוך הלולאה

בלבד.

(- אם יש 2הערה ) ליפופים, Nללולאה

הדבר שקול להכפלת Nהשטח שלה פי

שנאים – השראות של אפליקציהמקבלים שאנו המתח את לשנות מעוניינים שאנו נאמר. ) שלנו) הציוד להפעלת המתאים למתח חיצוני ממקור

dt

dN B

11

ברזל ליבת

• , בשטף השינוי יעיל השנאי אם ) הנותן ) אחד סליל דרך המגנטי

המגנטי בשטף זהה שינוי גורר) המקבל ) השני הסליל דרך

dt

dN B

22

2

2

1

1

NN

אם מפסיקים ומחדשים את1 ,בתדירות מסויימת

)מתנדנד גם כן( 2מקבלים בצד המקבל

דרך המגנטי השטף את משנים איךלולאה?

הלולאה – • שטח את משנים בדוגמה כמוהמגנטי – • השדה את לשנות גם אפשר כמובןבין, • היחסי הכיוון את לשנות אפשר וגם

המגנטי לשדה הלולאה

x x x x x x x x x x x x x x x x x

x x x x x x x x x x x x x x x x x

x x x x x x x x x x x x x x x x x

x x x x x x x x x x x x x x x x x

את נסובבציר על הלולאההמקביל אופקי

למסך

גלאי – השראות של אפליקציהמתכות

• ) פולסים ) מפעילים ידני או קבוע מתקן בעזרתמגנטי שדה של

סביב • המגנטי השטף של שינוי יוצרים הפולסיםהנבדק

זרמים • מושרים הנבדק של המתכת בחפצי) קצר) לזמן

המושרים • המגנטים השדות את מגלים גלאיםזרמים אותם שיוצרים

גיטרה – השראות של אפליקציהחשמלית

המטרה – לתרגם תנועה מכנית עדינה לאות חשמלי•השיטה – יצירת שטף מגנטי משתנה דרך סליל, •

ושימוש בזרם להפקת צליל )דרך מגבר(

N

S

N

S

למגבר

i

מגנטי – זיכרון השראות של אפליקציהדרוש – חומר שניתן לשנות את מצב המיגנוט שלו בכל •

(, שמצב המיגנוט ישאר כפי כתיבהמקום ומקום )(, ולעיתים - שניתן זיכרוןשהצבנו אותו לאחר הפעולה )( ולכתוב מחדשמחיקהלבטל את המיגנוט כשנחפוץ )

כתיבה: העברת זרם דרך הסליל – משנה את השדה המגנטי שבטבעת הברזל – משנה את המיגנוט באזור

מצומצם של החומר המגנטיעל: הברזל טבעת הסעת קריאה

– ) את ) משנה להפך אן המגנטי החומרהברזל – שבטבעת המגנטי השדה

בסליל זרם משרהאנאלוגי – "מיגנוט משתנה" בחומר המגנטי

(1 או 0דיגיטלי – שני מצבי מיגנוט )

תיל

לרוב ) ראש) רך מברזל

מגנטי חומר

Lentzחוק

קובע:Lentzחוק • מכוון Faradayהזרם המושרה הנוצר לפי חוק

כך שהוא יוצר שדה מגנטי המתנגד לשינוי בשטף המגנטי שהשרה את הזרם.

אם השטף המגנטי גדל – השדה מכוון בכיוון •הפוך מהשדה המקורי.

אם השטף המגנטי קטן – השדה מכוון •במקביל לשדה המקורי.

הוא "בלתי-נמנע" Lentzמדוע חוק

שינוי השטף המגנטי כרוך בהשקעת אנרגיה •על-ידי מקור חיצוני.

תגובת המערכת היא ליצור אפקט מתנגד )כמו •חיכוך או התנגדות(, שיגרום להפסקת הזרם אם

מקור האנרגיה החיצוני יפסיק לעבוד. איננו נובע מהפרש שימו לב שבהשראות הזרם •

)שיכול להתקיים רק במצב פוטנציאליםסטאציונארי(, אלא מגלגול אנרגיה לתנועה של

מטענים

)diamagnetism(חומרים דיאמגנטיים

"בכל חומר" ניתן להשרות דיפולים מגנטיים לפי •תנועת מטענים )באטומים ואפילו בתנועת

מטענים סביב עצמם(. כאשר מניחים את העצם בשדה מגנטי חיצוני הדיפולים המגנטיים

מסתדרים לפי הכיוון )במידת האפשר(, ויוצרים שדה מגנטי חלש קולקטיבי.

השדה הדיאמגנטי נעלם, למעשה, כאשר מסירים •את השדה החיצוני.

זוהי הצורה החלשה ביותר של מגנטיות בטבע.•

חומרים )paramagnetism(פאראמגנטיים

חומרים שבהם ישנם מומנטים מגנטים •"קבועים", אך לרוב מצויים באי-סדר יחסי )אין

כיוון מועדף(, ולכן השדה המגנטי נטו חלש.

בעת הפעלת שדה חיצוני המומטים מסתדרים •לפי כיוון שדה זה, והאפקט )שדה מגנטי

מושרה( גדול יחסית.

השדה הפאראמגנטי נעלם ברובו, כאשר •מסירים את השדה החיצוני.

לקבוצה זו שייכות רוב מתכות המעבר, •והמתכות נדירות.

חומרים )ferromagnetism(פרומגנטיים

•“ferro” מלשון “ferrum” ברזל. מאפיין בעיקר – סגסוגות של ברזל ושל ניקל, שבהם קל ליצור

סדר קבוע בכיוון הדיפולים המגנטיים באופן טבעי. בפרט, בעת הפעלת שדה חיצוני, הדיפולים •

המגנטיים יכולים להסתדר לפי כיוון השדה, וליצור שדה מושרה חזק יחסית.

השדה הפרומגנטי איננו נעלם גם כאשר מסירים •את השדה החיצוני.

המגנטים המוכרים לנו הם חומרים "פרומגנטיים".•