כיצד מגנטים וחשמל קשורים?

תוֹכֶן

• חשמל יוצר מגנטיות
• מגנטיות יוצרת חשמל
• העיקרון של אינדוקציה אלקטרומגנטית
• חשמל טבעי מייצר מגנטים טבעיים
• החיבור

מגנטיות וחשמל הם שתיים מהתופעות המסתוריות יותר של העולם היומיומי. חשמל הוא תנועה של חלקיקים טעונים submicroscopic דרך חומר. זרימת מטענים זו, או "זרם", הנעים דרך חוטי הבית מספקים את האנרגיה החשמלית הנחוצה לכלים ומכשירים מודרניים. מגנטיות היא כוח בלתי נראה המאפשר למגנטים להזיז מגנטים אחרים ומתכות מסוימות במרחק. למרות שדברים שונים לכאורה, מגנטיות וחשמל קשורים למעשה זה לזה.

חשמל יוצר מגנטיות

בשנת 1820 הבחין הפיזיקאי הדני האנס כריסטיאן אורסטד במשהו חריג בזמן שערך ניסויים בחשמל. הוא מצא שכאשר זרם חשמלי זורם בחוט, מחט המצפן שהוצבה בקרבת מקום תנוע. הדבר היחיד שיכול היה לעשות זאת היה שדה מגנטי. אורסטד גילה שזרם חשמלי מייצר שדה מגנטי.

מגנטיות יוצרת חשמל

מייקל פאראדיי, לאחר ששמע את גילויו של אורסטדס, האמין שאם זרמים חשמליים יכולים ליצור שדות מגנטיים אז שדות מגנטיים צריכים להיות מסוגלים לייצר זרמים חשמליים. בשנת 1831, בעת ביצוע סדרת ניסויים שנועדו לבחון את הרעיון שלו, גילה פאראדיי שמגנט הנע ליד חוט יכול לגרום לזרם חשמלי לזרום באותו חוט.

העיקרון של אינדוקציה אלקטרומגנטית

אפילו לא היה צורך שהמגנט יעבור לייצור כוח. הגורם החשוב היה שהשדה המגנטי סביב החוט צריך להשתנות. שינוי זה יכול להיגרם על ידי מגנט נע, או על ידי החזקת המגנט בשקט והנעת הסליל, או על ידי הגדלת והורדת הכוח באלקטרומגנט. עיקרון זה, ששדה מגנטי משתנה יגרום לזרם חשמלי במוליך, התפרסם מכונה החוק של אינדוקציה אלקטרומגנטית.

חשמל טבעי מייצר מגנטים טבעיים

גילוי אורסטדס מראה מדוע למגנטים יש שדות מגנטיים שיכולים להזיז עצמים אחרים. כל החומר מורכב מאטומים. אלקטרונים טעונים מקיפים גרעין אטומי צפוף. כל מה שזרם הוא זה מטען חשמלי נע. המשמעות היא שכל אטום בטבע מוקף בזרם חשמלי זעיר, כלומר לכל האטומים יש שדה מגנטי זעיר, שכן כפי שהראה אורסטד, זרמים חשמליים מייצרים שדות מגנטיים. ברוב החומרים מגנטים אטומיים זעירים אלו מצביעים לכל כיוון ומבטלים את האפקטים של אחרים. זו הסיבה שרוב החומרים אינם מגנטיים. אך בחלק מהחומרים מגנטים זעירים אלו מתיישרים, ויוצרים שדה מגנטי רב עוצמה. חומרים אלה הם מגנטים, וכמעט תמיד הם מתכת מסוג כלשהו.

החיבור

כפי שהראו אורסטד ופאראדיי, מגנטיות וחשמל קשורים זה בזה מאוד. נראה כי כל אחד יכול ליצור את השני. אפילו מגנטים טבעיים הם מגנטיים בגלל כל הזרמים החשמליים הזעירים העוברים בהם בצורה הנכונה. לא יהיה זה נכון לומר שמגנטיות וחשמל הם שני היבטים שונים של אותה תופעה.