תיל נושא זרם בשדה מגנטי

הגדרה: כאשר תיל נושא זרם נמצא בשדה מגנטי, פועל עליו כוח מגנטי.

סימון - Fʙ

נוסחה (גודל):

Fʙ = IℓBsin(α)

פרמטרים:

I = זרם חשמלי בתיל [A]

ℓ = אורך התיל בשדה [m]

B = השדה המגנטי [T]

α = הזווית בין כיוון הזרם לכיוון השדה המגנטי

יחידות מידה: ניוטון [N]

נמצא את כיוון הכוח בעזרת "כלל יד ימין" רק שהאגודל מייצג את כיוון הזרם במקום כיוון המהירות.

דוגמה 1תרגיל פתור צעד-אחר-צעד

תיל ישר באורך ℓ = 50cm נושא זרם I = 6A ושרוי באזור שבו שורר שדה מגנטי אחיד בעוצמה B = 0.8T.

א. חשב את הכוח המגנטי הפועל על התיל.

ℓ = 50cm = 0.5m, I = 6A, B = 0.8T, α = 0
Fʙ = IℓBsin(α)
Fʙ = 6·0.5·0.8·sin(0)
Fʙ = 0

ב. משנים את כיוון הזרם, חשב מחדש את הכוח המגנטי בתיל.

α = 180°
Fʙ = IℓBsin(α)
Fʙ = 6·0.5·0.8·sin(180)
Fʙ = 0

דוגמה 2 לחצו לפתיחה ‹

תיל ישר באורך ℓ = 0.4m הנושא זרם חשמלי I = 5A נמצא באזור שבו קיים שדה מגנטי בעוצמה B = 1.2T.

א. חשב את גודל הכוח המגנטי הפועל על התיל.

I = 5A, ℓ = 0.4m, B = 1.2T, α = 90°
Fʙ = IℓBsin(α)
Fʙ = 5·0.4·1.2·sin(90)
Fʙ = 2.4N

ב. מצא את כיוון הכוח המגנטי.

כיוון: לפי כלל יד ימין (אקדח) - זרם למעלה (I), אצבע מורה החוצה (B) = אמה ימינה (Fʙ).

הכוח הוא ימינה.

דוגמה 3 לחצו לפתיחה ‹

תלמיד בונה מערכת המורכבת ממגנט פרסה, תיל מוליך, מוט מעץ, סוללה אידיאלית ותיילים שהתנגדותם זניחה. התיל ab מתחבר בעזרת חור קטן שיש בו למוט מעץ כך שניתן לשנות את הזווית שלו ביחס לציר האנכי והוא גם מחובר לסוללה.

א. היעזר באיור שלפניך וקבע את כיוון השדה המגנטי שיוצר המגנט.

ימינה.

השדה המגנטי נע מכיוון צפון (N) לכיוון דרום (S).

ב. האם כיוון הזרם בתיל הוא מ-a ל-b או מ-b ל-a

מ-a ל-b

המתג השמאלי של הסוללה הוא חיובי ולכן הזרם מגיע לנקודה a ועובר ל- b.

ג. קבע את כיוון הכוח המגנטי הפועל על התיל.

לפי "כלל יד ימין" הזרם בזווית למעלה, השדה המגנטי הוא ימינה והאמה נכנסת לדף.

מסקנה: כיוון הכוח המגנטי ל"תוך הדף".

נתון: I = 10A, ℓ = 20cm, B = 6T, β = 36.9°

ד. חשב את גודל הכוח המגנטי הפועל על התיל.

I = 10A, ℓ = 20cm = 0.2m, B = 6T, β = 36.9°
Fʙ = ?
Fʙ = IℓBsin(α)
α = ?
α = 90 - β = 90 - 36.9 = 53.1°
Fʙ = 10·0.2·6·sin(53.1) = 9.596
Fʙ = 9.6N

דוגמה 4 - כריכה נושאת זרם בשדה מגנטי אחיד לחצו לפתיחה ‹

באזור ABCD שורר שדה מגנטי אחיד B = 10T שכיוונו "לתוך הדף", כמתואר בתרשים 1.

תלמיד מניח כריכה מלבנית abcd שזורם בה זרם I בכיוון המסומן בתרשים 2, במקביל למישור.

א. מהו כיוון הכוח המגנטי הפועל על כל אחת מצלעות הכריכה.

עבור צלע נבצע את "כלל יד ימין":

צלע ab: אגודל ימינה (זרם), אצבע "לתוך הדף" (שדה מגנטי) ולכן הכוח המגנטי הוא למעלה.

צלע bd: אגודל למטה (זרם), אצבע "לתוך הדף" (שדה מגנטי) ולכן הכוח המגנטי הוא ימינה.

צלע dc: אגודל שמאל (זרם), אצבע "לתוך הדף" (שדה מגנטי) ולכן הכוח המגנטי הוא למטה.

צלע ca: אגודל למעלה (זרם), אצבע "לתוך הדף" (שדה מגנטי) ולכן הכוח המגנטי הוא למעלה.

אורכי צלעות המלבן של הכריכה ab = 8cm, bd = 4cm וזורם בה זרם של 5 אמפר.

ב. חשב את גודל הכוח המגנטי הפועל על כל אחת מצלעות הכריכה.

ab = 8cm = 0.08m , bd = 4cm = 0.04m, I = 5A
Fab, Fbd, Fdc, Fca = ?
Fʙ = IℓBsin(α)
Fab = 5·0.08·10·sin(90)
Fab = 4N
Fbd = 5·0.04·10·sin(90)
Fbd = 2N
ab = dc:
Fdc = 4N
bd = ca:
Fca = 2N

ג. מהו הכוח השקול הפועל על הכריכה.

Fᴛ = ?
Fᴛ = √(ΣFx² + ΣFy²)
ΣFx = Fbd - Fca
ΣFx = 2 - 2 = 0
ΣFy = Fab - Fdc
ΣFy = 4 - 4 = 0
Fᴛ = √(0² + 0²)
Fᴛ = 0

כלל: הכוח המגנטי השקול הפועל על כריכה סגורה בשדה מגנטי אחיד שווה ל-0.

‹ המושג הקודםמטען בשדה מגנטי - 3 סוגי תנועות