Skip to main content
תערוכות
header

להניע דברים בעזרת חשמל - פעילות מקדימה למד זרם

מכונת הכביסה מוכנה לפעולה. אנחנו לוחצים על הכפתור, זרם מים ממלא את המכונה והתוף מתחיל להסתובב. מה משחרר את המים? ומה גורם לתוף לנוע? האם חשבתם אי פעם כיצד חשמל, או ליתר דיוק - זרם חשמלי - יכול לגרום לעצמים לנוע?

היכולת הזו היא התופעה המרכזית שמאחורי מנועים חשמליים. מנועים ממירים אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית, של תנועה. בימינו מוצאים מנועי חשמל בתוך מוצרי חשמל רבים: מאווררים, מכונות כביסה, מערכות שמע, מחשבים וצעצועים. המנועים האלה יכולים להיות מסובכים למדי, אבל עיקרון הפעולה שלהם די פשוט - זרם חשמלי מחולל שדה מגנטי - שדה שמושך או דוחף מגנטים או אפילו ברזל פשוט.

הכח שמניע את המנועים החשמליים נקרא כוח אלקטרומגנטי. הדרך הפשוטה להבחין בכוח הזה היא לראות את ההשפעה שלו על מחט מגנטית של מצפן. מחט המצפן נעה בחופשיות ויכולה לזוז גם בהשפעת שדה מגנטי חלש מאד. התופעה הזו התגלתה לראשונה על ידי ארסטד (Oersted) בשנת 1820, ובפעילות הבאה תוכלו גם אתם להזיז מחט של מצפן.

מה רואים?

מצפן מגנטי מונח בתוך קופסת קרטון, בין שני סלילים מתיל חשמלי.

הסלילים מחוברים זה לזה. מחט המצפן נעה ומשנה את כיוונה כאשר מחברים לסלילים סוללה במתח של 1.5 וולט. כאשר משנים את קוטביות הסוללה (כלומר הופכים אותה) - מחט המצפן משנה גם היא את כיוונה, מסתובבת ב 180 מעלות ומצביעה לכיוון ההפוך.

כאשר נורה חשמלית קטנה או התקן חשמלי אחר מחוברים בטור, המחט מצביעה בזווית כלשהי בין המצב המקביל למצב הניצב של הסלילים. זוית המחט מציינת את כמות הזרם הזורם בסלילים, ואת כיוונו. ככל שהזרם גבוה יותר, זווית המחט קרובה יותר לניצב.

מה לוקחים?

 ציוד לבנייה  קופסת קרטון

  • סוללה חשמלית של 1.5 וולט (עדיף סוללת אלקליין)
  • כשני מטר תיל חשמל דק (לא יותר מעובי של 0.5 מ"מ), מבודד. זה יכול להיות תיל שמשתמשים בו במעבדות למוצרי חשמל, גיד מתוך חוט טלפון ישן, או תיל פרום ממנוע או שנאי ישן.
  • מצפן מגנטי פשוט. עדיף מצפן גדול ככל האפשר.
  • נייר דבק לחיבור ואחיזת כל המגעים במקומם.
  • מספריים.
  • קופסת קרטון ישנה וריקה, לא גדולה.

 

אזהרה:

חיבור הסוללה לחוטי החשמל צריך להיעשות לפרקי זמן קצרים מאד - כמה שניות ולא יותר. לעולם אל תעזבו את הניסוי כאשר החוטים מחוברים לסוללה. הסוללה עלולה להתרוקן והחוט עלול להתחמם עד התכה ואפילו לגרום להתלקחות אש.

אם אתם מרגישים שהסוללה מתחממת - נתקו את החוטים במהירות וחכו חמש דקות עד להתקררות הרכיבים.

 

וכעת - נתחיל בכמה ניסויים מקדימים, שיעזרו לנו להבין את עיקרון הנעת מחט המצפן בעזרת הסלילים.

מה עושים? - גלאי זרם פשוט

  •  הניחו את המצפן על השולחן, והמתינו עד שמחט המצפן תתייצב ותפסיק לנוע.
  • חתכו 20 ס"מ מחוט החשמל ובעזרת נייר דבק הדביקו את חוט החשמל לשולחן ליד המצפן, במרחק של כמה מ"מ.
  • חברו את שני קצוות החוט לשני צידי הסוללה. זכרו לחבר לזמן קצר ביותר כדי למנוע את התחממות החוט והסוללה.

 

עם חיבור החוט לסוללה - זרם חשמלי זורם בחוט וסביב החוט נוצר שדה מגנטי.

ניסוי ראשון - חוט יחיד

האם מחט המצפן זזה כשנוצר זרם חשמלי?

  • נתקו את החוט מהסוללה.

 

האם המחט חוזרת למקומה הראשון?

  • סובבו את המצפן כך שהמחט תצביע לכיוון צפון (N).
  • במספר נסיונות, מצאו את המקום המתאים לחבר את חוט החשמל, כך שעם חיבורו לסוללה המחוג יצביע לכיוון מערב (W), מזרח (E) או אפילו דרום (S).
  • מקמו את חוט החשמל במרחק של כשני ס"מ מהמצפן.

 

האם במרחק כזה הזרם משפיע על מחט המצפן?

  • במרחק של שני ס"מ מהמצפן, הזרם החשמלי הזורם בחוט כמעט אינו משפיע על המחט. מצאו דרך להגדיל את תנועת המחט של המצפן במרחק זה.

 

רמז: נסו להגדיל את השדה המגנטי על ידי שימוש ביותר חוטים.

מה צריך לעשות כדי לקבל "יותר חוטים"?
העזרו בתמונה כדי לענות על השאלה.

 ניסוי ראשון - יותר חוטים

בזמן שזורם בחוט זרם חשמלי, נוצר סביבו שדה מגנטי. הסליל הוא שיטה להגדלת השדה המגנטי על ידי צירוף החוטים זה לזה. צירוף החוטים גורם לצירוף השדות המגנטיים שלהם, וליצירת שדה מגנטי אחד גדול, שגודלו הוא סכום השדות של כל החוטים. צורת הסליל חשובה כדי לוודא שהזרם בכל החוטים יזרום באותו כיוון, וכך לכל השדות המגנטיים יהיה אותו כיוון.

מה לדעתכם יקרה אם נצרף את כל החוטים לגוש אחד בצורה לא מסודרת?

בשלב הבא של הפעילות תנצלו את עיקרון הסליל כדי לבנות מד-זרם "אמיתי" תוצרת בית.

נוצר בתאריך: 03/03/09
עודכן בתאריך: 17/01/11