מבחן חשמל · שיעור 3 מתוך 13
מגנטיות, אלקטרומגנטיות, קבלים וסלילים
מקור: FAA-H-8083-30 פרק 10
מגנטים
- קטבים: צפון ודרום. קטבים זהים דוחים; שונים מושכים.
- קווי שטף (Flux lines) – יוצאים מהצפון ונכנסים לדרום (מחוץ למגנט).
- חומרים פרומגנטיים: ברזל, ניקל, קובלט – נמשכים חזק.
- מגנט קבוע – פלדה קשה, Alnico.
- ברזל רך – מתמגנט בקלות ומאבד מגנטיות כשהשדה נעלם – לליבות של סלילים ושנאים.
| מונח | הגדרה |
|---|---|
| חדירות (Permeability) | הקלות שבה חומר מעביר שטף |
| רלוקטנס (Reluctance) | ההתנגדות לשטף – כמו התנגדות במעגל חשמלי |
| מגנטיות שארית (Residual magnetism) | המגנטיות שנשארת אחרי שהשדה נעלם |
| רוויה (Saturation) | מצב שבו תוספת זרם לא מגדילה את השטף |
אלקטרומגנטיות
כל זרם יוצר שדה מגנטי סביב המוליך.
- כלל יד שמאל (זרם אלקטרונים): אגודל בכיוון הזרם – האצבעות מראות את כיוון השדה.
- סליל (Coil / Solenoid): השדות מכל כריכה מצטברים. ליבת ברזל מגבירה מאוד.
- כלל יד שמאל לסליל: האצבעות בכיוון זרם האלקטרונים בכריכות – האגודל מצביע על הקוטב הצפוני.
- עוצמת השדה – יחסית לאמפר-כריכות (זרם × מספר כריכות).
שימושים
| רכיב | עיקרון |
|---|---|
| ממסר (Relay) | אלקטרומגנט קטן שסוגר מגעים – זרם קטן שולט בזרם גדול יותר |
| סולנואיד (Solenoid / Contactor) | ליבה נעה בתוך סליל – מתג לזרמים גבוהים (מצבר, מתנע) או מפעיל מכני |
| מפסק זרם מגנטי | |
| מגנטו, גנרטור, מנוע |
השראה אלקטרומגנטית
שינוי בשדה המגנטי סביב מוליך יוצר בו מתח. (פאראדיי)
המתח המושרה גדל עם:
- מהירות השינוי של השדה.
- עוצמת השדה.
- מספר הכריכות.
חוק לנץ: הזרם המושרה יוצר שדה שמתנגד לשינוי שגרם לו.
השראה עצמית
סליל מתנגד לשינוי בזרם שעובר בו. כשמנתקים זרם מסליל, השדה קורס ומייצר מתח גבוה הפוך (Back EMF) – זה הבסיס למגנטו ולסליל ההצתה. דיודת דיכוי (Suppression diode) על סלילי ממסרים מגינה מפני המתח הזה.
קבלים (Capacitors)
שני משטחים מוליכים עם מבודד (Dielectric) ביניהם. אוגרים מטען בשדה חשמלי.
- יחידה: פאראד (F) – לרוב מיקרו-פאראד.
- הקיבול גדל עם: שטח המשטחים, קרבה ביניהם, וסוג הדיאלקטרי.
- קבל חוסם DC (אחרי שנטען) ומעביר AC.
| חיבור | חישוב |
|---|---|
| מקביל | CT = C1 + C2… (כמו נגדים בטור) |
| טור | 1/CT = 1/C1 + 1/C2… (כמו נגדים במקביל) |
קבוע זמן RC
τ = R × C – הזמן שלוקח לקבל להיטען ל-63%. אחרי 5τ – נטען כמעט במלואו.
סוגים
- אלקטרוליטי – קיבול גבוה, מקוטב (חיבור הפוך – פיצוץ).
- קרמי, מיקה, נייר, פלסטיק – לא מקוטבים.
- משתנה – כוונון רדיו.
סלילים (Inductors)
- יחידה: הנרי (H).
- השראות גדלה עם: מספר הכריכות (בריבוע), שטח, ליבת ברזל.
- סליל מעביר DC (אחרי שהזרם התייצב) ומתנגד לשינויים – מתנגד ל-AC.
| חיבור | חישוב |
|---|---|
| טור | LT = L1 + L2… |
| מקביל | 1/LT = 1/L1 + 1/L2… |
קבוע זמן L/R
τ = L / R – הזמן שלוקח לזרם להגיע ל-63%.
חוקי היסוד – סיכום
| חוק | ניסוח |
|---|---|
| אוהם | E = I × R |
| ואט | P = E × I |
| קירכהוף – זרמים | סכום הזרמים שנכנסים לצומת = סכום היוצאים |
| קירכהוף – מתחים | סכום המתחים בלולאה סגורה = 0 |
| פאראדיי | מתח מושרה פרופורציוני לקצב השינוי של השטף ולמספר הכריכות |
| לנץ | הזרם המושרה יוצר שדה שמתנגד לשינוי שגרם לו |
כלל יד ימין למנוע (לפי ה-FAA, זרם קונבנציונלי)
יד ימין פתוחה: האצבעות בכיוון השדה המגנטי (מצפון לדרום), האגודל בכיוון הזרם במוליך – כף היד דוחפת בכיוון הכוח על המוליך. בזרם אלקטרונים משתמשים ביד שמאל באותו אופן.
נקודות למבחן
- קטבים זהים דוחים.
- זרם יוצר שדה; שדה משתנה יוצר מתח.
- חוק לנץ – הזרם המושרה מתנגד לשינוי.
- סולנואיד – מתג לזרם גבוה.
- קבלים במקביל מתחברים; בטור – כמו נגדים במקביל.
τ = RC; 63%; 5τ – מלא.- קבל חוסם DC; סליל מתנגד לשינויים.