נוסח השאל המלא: אתמול נתקלתי בתופעה שלא יכולתי למצוא לה הסבר: כאשר לקחתי סוללה והצמדתי לחלק השלילי שלה בורג (כך שהקצה הדק נוגע בסוללה) אל הבורג חיברתי מגנט (לצד הרחב- הX) וחיברתי את הצד החיובי של הסוללה למגנט בעזרת חוט נחושת, הבורג והמגנט החלו לנוע בתנועות סיבוביות. מדוע התרחש הדבר?
תופעה זו היא הדגמה פשוטה של כוח לורנץ. כוח לורנץ הוא הכוח הפועל על מטען חשמלי עקב נוכחותם של שדה חשמלי ושדה מגנטי.
ההתקן לעיל נקרא מנוע 'הומופולרי'. כאשר אנו נוגעים במגנט בעזרת התיל החשמלי, אנו סוגרים מעגל חשמלי. זרם זורם מחוץ לסוללה, למטה אל הבורג, עובר מן הצד דרך המגנט, ומהתיל בחזרה לקוטב השני של הסוללה. השדה המגנטי הנוצר מהמגנט מכוון כלפי הפנים השטוח שלו, ועל כן הוא מקביל לציר הסימטריה של המגנט (המגנט בהתקן זה הינו דיסקה עגולה).
זרם חשמלי זורם דרך המגנט (בממוצע) בכיוון ממרכז המגנט לקצה המגנט, כלומר הוא זורם בכיוון הרדיאלי, מאונך לציר הסימטריה של המגנט. כידוע, מטענים חשמליים בתנועה מרגישים כוח אשר מאונך לכיוון תנועתם ולשדה המגנטי. מכיוון שהשדה הינו לאורך ציר הסימטריה של המגנט והמטענים נעים רדיאלית החוצה מציר זה, הכוח הוא בכיוון המשיקי ועל כן המגנט מתחיל להסתובב. התקן זה נקרא 'מנוע הומופולרי' משום שאנו לא צריכים לשנות את הקוטב של רכיב כלשהו במערכת במהלך פעולתו, שלא כמו סוגים אחרים של מנועים. המעניין שסוג זה של מנוע כבר הומצא ב 1821 על ידי פארדיי.
זרם חשמלי זורם בכיוון החצים הסגולים: מתחתית הסוללה, לבורג, משם אל המגנט, למעלה אל התיל ובחזרה לחלק העליון של הסוללה.
מבט מוגדל של דיסקת המגנט: קווי השדה המגנטי, בצבע כחול, מאונכים למגנט (מקבילים לציר הסימטריה שלו). השדה המגנטי שמעל המגנט מצביע כלפי מעלה. כמו בתמונה הקודמת, כיוון הזרם מסומן בעזרת החצים הסגולים. שימו לב לחץ האופקי של הזרם: המטענים החשמליים הנעים דרך המגנט מרגישים כוח לורנץ שעוצמתו נקבעת על ידי הזווית שבין כיוון השדה המגנטי וכיוון זרימת הזרם.
הכוח הינו חזק יותר אם הזווית ביניהם היא 90 מעלות. כיוון הכוח הינו מאונך לשני כיוונים אלו. עבור הזרם שזורם בבורג ובתיל, הכוחות הם מינימליים משום שכיוון הזרם הינו מקביל לשדה המגנטי. אולם, יש כוח ניכר על המטענים החשמליים אשר זורמים אופקית דרך המגנט, ב 90 מעלות לכיוון המאונך של אוריאנטציית השדה המגנטי. על כן, כוח, חץ ירוק באיור, נוצר בכיוון השלישי אשר גורם לסיבוב המגנט.
מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
