Skip to main content
header

המנוע החשמלי

מערבל מזון למטבח מונע בכוח הקיטור?

האם תוכלו לתאר לעצמכם מערבל מזון במטבח שלכם שמופעל בעזרת מנוע קיטור? אנו בטוחים שזה אפשרי, אך מתקן זה יסבול מכמה חסרונות: המערבל ודאי יהיה גדול וכבד מדי ויהיה צורך להפעיל את מנועו כמה דקות קודם שתרצו להשתמש בו. למה מנועים? לביצוע אין-ספור פעולות, שדורשות כוח מכני או תנועה בבית בתעשייה ובתחבורה. פעולות שאיננו יכולים או איננו רוצים לעשות בעזרת שרירינו: להפעיל מערבלי-מזון ביתיים,
מדחסים של מקררים ומזגנים, מאווררים, מקדחים, רובוטים, שעונים מחרטות, מסורים, מסועים, גלגלי רכבות... ותקצר היריעה מלמנות את כולן.

מדוע כוח חשמלי?

העולם יכול היה להסתדר בלי מנועים חשמליים ולהיעזר במנועי קיטור או מנועי "שריפה-פנימית" (דיזל או בנזין), אך אין ספק שמנועים חשמליים מקלים את החיים. היתרונות הגדולים של המנועים החשמליים הם משקלם הקל, וממדיהם הקטנים (כשיש צורך), פשטותם, אמינותם וניקיונם, והאפשרות לספק להם בקלות את האנרגיה הדרושה להפעלתם. מנועים חשמליים מיוצרים כיום בגדלים הנעים מגודל של בית קטן להפעלת משאבות מים ענקיות או גשרים מתרוממים ועד למנועים זעירים כל כך שרק באמצעות מיקרוסקופ אפשר לראותם. פיתוח מנועים זעירים אלה נקרא "ננוטכנולוגיה"
(nanotechnology), ובימים אלה ממש זוהי טכנולוגיה נפלאה שמחפשת יישום. יש לכם רעיון?

"פעולה מרחוק"

איך יכול חשמל למשוך או לדחוף משהו? החשמל הוא כמעט חסר משקל (הרי הוא מורכב מאלקטרונים קלים מאד), אך עדיין יכול להפעיל כוח אדיר. יותר מזה. הוא מושך ודוחף דברים שאינו נוגע בהם. הוא פועל "מרחוק". משחר ההיסטוריה היה המושג "פעולה מרחוק" אחד הרעיונות המדעיים היותר סבוכים, אם כי אינו ייחודי לכוח חשמלי גם כוח-הכבידה "פועל מרחוק". כדור הארץ מושך כלפי מטה וגורם לכך שהירח, המרוחק מאתנו מאות-אלפי קילומטרים, נשאר במסלולו.

מדענים "מסבירים" גוף יוצר שדה המפעיל כוחות על גוף אחר. כדור הארץ יוצר שדה-כבידה המשפיע על הירח, ומגנטים או תנועת אלקטרונים בזרם חשמלי יוצרים שדה אלקטרומגנטי המשפיע על תנועת אלקטרונים אחרים ועל מגנטים.

הכוח האלקטרומגנטי מנוצל במנועים חשמליים. כאשר זרם זורם בתיל המצוי בשדה מגנטי, הכוח האלקטרומגנטי פועל בניצב לכיוון הזרם. במנוע, התיל ממוקם על ציר כך שהכוח גורם לתיל ולציר להסתובב. השדה המגנטי נוצר על ידי תיל אחר, שהזרם בו יוצר שדה מגנטי, או על ידי מגנט "קבוע". למעשה, המגנטיות של מגנט קבוע נובעת גם היא מזרם חשמלי. אלה הם "הזרמים" של האלקטרונים באורביטלים שמסביב לאטומים מסוימים).

איך פועל מנוע חשמלי?

אם נסובב בשדה מגנטי קבוע מסגרת תיל דרכה זורם זרם קבוע נגלה כי על המסגרת פועל כוח המתאפס פעמיים במהלך הסיבוב. כאשר מאפשרים למסגרת התיל להסתובב באופן חופשי על הציר, היא תסתובב עד אשר תגיע לנקודה בה הכוח הפועל עליה מתאפס, ואז היא תעצר או תתנודד. כדי שמסגרת התיל תמשיך להסתובב, חייבים לגרום להיפוך, של כיוון הזרם בתיל או של כיוון השדה המגנטי על ידי הפיכת כיוון הזרם הזורם דרכו פעמיים במהלך הסיבוב. אם השדה המגנטי נוצר על ידי אלקטרו-מגנט אפשר להפוך כיוון הזרם.

ברור, שתזמון היפוך הזרם חייב להיות מדויק. אפשר לעשות זאת על ידי היפוך כיוון הזרם באלקטרו-מגנט (למשל על ידי זרם חילופין) או על ידי היפוך כיוון הזרם במסגרת בתזמון הנכון ויש לנו מנוע חשמלי. קיימים דרכים אחרות שונות לבניית מנוע חשמלי, אבל הם תמיד העקרונות הבסיסים.

מעט היסטוריה

את העובדה שזרם חשמלי יוצר שדה מגנטי גילה הפיזיקאי הדני האנס כריסטיאן אוורסטד ב-1820. לגו'זף הנרי האמריקאי התחוורה עד-מהרה חשיבותה של תגלית זו: זרם הזורם בתיל מוליך פועל עליו שדה מגנטי, והוא בנה את המנוע החשמלי ב-1829. כמו כן גילה הנרי, בו בזמן עם מייקל פאראדיי ובנפרד ממנו, שהזרם החשמלי מושרה בתיל מוליך המועבר דרך שדה מגנטי. זה העיקרון של הדינמו.

נוצר בתאריך: 07/07/08
עודכן בתאריך: 17/01/11