‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫חגי קרקו‬
‫אוקטובר ‪3122‬‬
‫| עמוד ‪1‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫הקדמה‪.‬‬
‫כל חומר מכיל חלקיקים חשמליים‪ .‬המטען החיובי נמצא בפרוטון בגרעין האטום והמטען‬
‫השלילי נמצא באלקטרון המסתובב סביב הגרעין‪ .‬מאחר והמטען החיובי מנוטרל ע"י המטען‬
‫השלילי‪ ,‬רוב החומרים הם במצב ניטראלי מבחינה חשמלית‪ .‬זאת אחת הסיבות שקשה להבחין‬
‫בנוכחות של חשמל‪ .‬הסיבה השנייה נעוצה בעובדה שיש צורך במכשיר רגיש לנוכחות גוף טעון‬
‫חשמלית‪ .‬ובכן קיים מכשיר כזה‪ ,‬והוא נקרא טסטר חשמלי‪ .‬מחירו זול (תוצרת סין)‪ ,‬ויש בו‬
‫מגבר שהוא מאוד רגיש לסביבה חשמלית ונורה הנדלקת בנוכחות גוף טעון וזרם חשמלי קטן‬
‫ביותר‪.‬‬
‫| עמוד ‪2‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫| עמוד ‪3‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫רקע ‪ -‬הכוח החשמלי‬
‫הכוח החשמלי הוא הכוח המקשר בין הפרוטון והאלקטרון והגורם ליצירת האטום‪ ,‬והוא גם‬
‫המקשר בין אטום לאטום ליצירת מערכות מורכבות יותר (מולקולות)‪ ,‬הוא הכוח הקובע את צורתו‬
‫של החומר ‪ ,‬חוזקו ותכונות רבות נוספות שלו‪.‬‬
‫הכוח החשמלי – חוק קולון‬
‫הכוח החשמלי הוא כוח בין שני מטענים חשמליים‪.‬‬
‫מבדילים בין שני סוגים של מטענים חשמליים ‪:‬חיוביים (ממסומנים ב‪ )+‬ושליליים (מסומנים ב‪.)-‬‬
‫מטענים חשמליים אלו מפעילים כוחות זה על זה‪:‬‬
‫מטענים מאותו סוג (‪ +‬ו ‪ +‬או ‪ -‬ו ‪ )-‬דוחים זה את זה‪.‬‬
‫מטענים מסוגים שונים (‪ +‬ו ‪ )-‬מושכים זה את זה‪.‬‬
‫אנו נסמן מטעם חשמלי באות ‪ . q‬אם שני מטענים נמצאים במרחק ‪ R‬זה מזה‬
‫‪q1‬‬
‫‪q2‬‬
‫‪R‬‬
‫הכוח החשמלי ביניהם יהיה תלוי בגודל המטענים ובמרחק ביניהם‪ ,‬צורת הביטוי לכוח נתונה בחוק‬
‫הנקרא חוק קולון‬
‫‪q1  q2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪R‬‬
‫‪‬‬
‫]‪ - R [m‬המרחק בין המטענים (מטר)‪.‬‬
‫‪‬‬
‫]‪ - q [C‬המטען החשמלי (קולון)‪.‬‬
‫| עמוד ‪4‬‬
‫‪F  k‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫‪‬‬
‫]‪ - F [N‬הכוח החשמלי (ניוטון)‬
‫‪‬‬
‫‪ m2  N ‬‬
‫‪ - K ‬קבוע הכוח החשמלי‪ ,‬גודל שנמדד בניסוי ‪. k  9  109 ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪‬‬
‫‪ C ‬‬
‫תובנות מחוק קולון ‪2‬‬
‫‪.1‬‬
‫בין כל שני מטענים קיים כוח‪.‬‬
‫‪.2‬‬
‫הכוח החשמלי תלוי בגודל המטענים ביחס ישר‪ ,‬ככל שהמטענים גדולים יותר הכוח הפועל‬
‫יהיה גדול יותר‪.‬‬
‫‪.3‬‬
‫הכוח החשמלי תלוי ביחס הפוך לריבוע המרחק‪.‬‬
‫| עמוד ‪5‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫היסטוריה‬
‫הברק הקיים מראשית האנושות‪ ,‬נחקר ונתגלה רק בשנת ‪ 1441‬על ידי בנג'מין פרנקלין בניסוי‬
‫המפורסם שלו ללכידת ברק בעזרת עפיפון מוארק‪ .‬ניסוי זה הביא להמצאת ה"כליא‪-‬ברק" בעזרת‬
‫"מוט פרנקלין"‪ -‬הקרוי על שמו‪ .‬בשיטת זו נלכדת אנרגית הברק על ידי המוט המוארק והאנרגיה‬
‫מובלת לאדמה‪ .‬מאז גילויו של פרנקלין החלו לקשר בין ברקים לתופעות פריקה אלקטרו סטטית‪.‬‬
‫חשמל סטטי‬
‫חשמל סטטי (בניגוד לזרם חשמלי) הוא שם כללי למטענים חשמליים הקבועים במקום ואינם‬
‫זורמים (הם סטטיים)‪.‬‬
‫כיצד נוצר מטען אלקטרו סטטי‬
‫כל חומר טבעי או מלאכותי מכיל בתוכו אלקטרונים שלילים או חיוביים‪.‬‬
‫כאשר מקרבים שני חומרים שונים (לא חומרים מוליכים) קיים מעבר אלקטרונים (מטענים‬
‫חיוביים ומטענים שליליים) בין החומרים‪.‬‬
‫‬‫‪+‬‬
‫'‬
‫'‬
‫‬‫‪+‬‬
‫‪-‬‬
‫כאשר מרחיקים את שני החומרים זה מזה‪ ,‬אחד החומרים נשאר עם עודף מטענים שליליים (חומר‬
‫א') ואחד עם חוסר מטענים שליליים (חומר ב')‬
‫‬‫‪+‬‬
‫'‬
‫'‬
‫‬‫‪+‬‬
‫‪-‬‬
‫| עמוד ‪6‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫המטענים החשמליים בכל אחד מהחומרים בקוטביות מנוגדת‪ ,‬כך נוצרת טעינה אלקטרו סטטית ‪.‬‬
‫חשמל סטטי נוצר כאשר משפשפים שני משטחים מבודדים חשמלית זה כנגד זה כמו למשל בלון‬
‫ופיסת בד‪ ,‬או שפשוש פרווה כנגד מוט העשוי גומי כמתואר באיור הבא ‪2‬‬
‫אלקטרונים "נקרעים" ממשטח אחד ומועברים למשטח של החומר השני וכתוצאה מכך נוצר הפרש‬
‫פוטנציאלים‪ .‬כאשר המשטח הטעון באלקטרונים מצוי קרוב לגוף או אזור בו חסרים אלקטרונים‬
‫("טעון חיובי") המשטח יפרוק את האלקטרונים אליו‪.‬‬
‫לא קל "לאגור" חשמל סטטי מכיוון שהנטייה של האלקטרונים לנוע למקום בו המטען חיובי‬
‫(חסרים אלקטרונים)‪ .‬כמעט כל תווך יכול לספק לאלקטרונים את המסלול אפילו אוויר (כך בדיוק‬
‫מתרחש ברק)‪.‬‬
‫לכן כדי "לאגור" את האלקטרונים יש לבודד את הגוף הטעון אלקטרונים‪.‬‬
‫חשמל סטטי נאגר אך ורק בחומרים מבודדים (נייר ‪ ,‬אריזות קרטון ופלסטיק וכד')‬
‫‪‬‬
‫פריקה אלקטרו סטטית לא תתרחש בין שני חומרים מוליכים הצמודים זה לזה‪ ,‬מאחר‬
‫והמטענים הנוצרים ביניהם זורמים באופן שווה בין החומרים המוליכים ולא נוצרים‬
‫מטענים עודפים בכל אחד מהחומרים‪.‬‬
‫‪‬‬
‫תופעות אלקטרוסטטיות מתרחשות בעיקר באקלים יבש (לחות קטנה מ‪.)50%-‬‬
‫| עמוד ‪7‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫‪‬‬
‫כאשר לשני חלקיקים טעונים חשמלית מטען חשמלי בעל סימן זהה (שניהם חיוביים או‬
‫שניהם שליליים)‪ ,‬קיים ביניהם כוח דחייה חשמלי‪ ,‬ואילו כאשר המטענים בעלי סימנים‬
‫מנוגדים (האחד שלילי והאחר חיובי)‪ ,‬קיים ביניהם כוח משיכה חשמלי‪.‬‬
‫דוגמאות לשימוש בתופעת האלקטרוסטטית‬
‫צביעה אלקטרוסטטית‬
‫אלקטרודה מייננת‪ ,‬הממוקמת בדרך כלל בקצה אקדח הצבע‪ ,‬טוענת את חלקיקי הצבע‬
‫באלקטרונים וגורמת להם להיות בעלי מטען שלילי‬
‫חלקיקי הצבע הטעונים במטען שלילי והאובייקט הנצבע המוארק לאדמה יוצרים שדה‬
‫אלקטרוסטטי המושך את חלקיקי הצבע אל האובייקט‪.‬‬
‫השדה האלקטרוסטטי שנוצר משפיע על מסלולם של חלקיקי הצבע הטעונים שלילית מפני‬
‫שהחלקיקים הטעונים שלילית נמשכים אל האובייקט הנצבע‪ ,‬לכן גם חלקיקי צבע שעפו אל מעבר‬
‫לאובייקט יכולים להימשך ולהגיע אל האובייקט מהצד האחורי שלו בזכות השדה האלקטרוסטטי‪.‬‬
‫בשיטה זו אתם מקבלים שכבת צבע אחידה‬
‫| עמוד ‪8‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫| עמוד ‪9‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫פעילות ‪ - 2‬כולנו מחושמלים‬
‫ציוד; טסטר חשמלי‪ ,‬כל חפץ‬
‫הפעילות‬
‫לקחת את הטסטר ולאחוז אותו בקצה המברג‪ .‬לשפשף את הגוף הפלסטי על כל חפץ (למשל הראש‬
‫שלנו‪ ,‬או לאורך הזרוע שלנו) והנורה תדלק‪ .‬כמו כל פעולה עם הטסטר‪ ,‬רצוי לבצע בתנאי אפלה‬
‫חלקית אבל זה לא הכרחי‪.‬‬
‫מה לומדים‬
‫כששני חומרים שונים באים במגע‪ ,‬גוף אחד רוצה להיפטר מהאלקטרונים שלו והגוף השני מוכן‬
‫לקלוט אותם‪ .‬כתוצאה מכך הגוף הראשון הופך לטעון חיובי והגוף השני הופך לשלילי‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪10‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫פעילות ‪ - 3‬איך מוכיחים שיש שני סוגים של מטענים‬
‫ציוד; טסטר חשמלי‪ ,‬סרט דביק עם בסיס פלסטי (סלוטייפ)‪ ,‬מחולל ואן דה גרף‪.‬‬
‫הפעילות‬
‫לקחת סרט דביק (סלוטייפ)‪ ,‬לחתוך לרצועות ולעשות קיפול קטן‪.‬להדביק ‪ 2‬רצועות ביחד ולייצר‬
‫מעין כריך עם דבק בין בסיס הפלסטי ודבק בצד החיצוני ‪.‬‬
‫ניתן להדביק רצועה אחת על גבי הלוח ואת השניה עליה‪ ,‬אין להדביק דבק לדבק‪ ,‬אלו חומרים‬
‫זהים לכם לא יהיה מעבר מטענים ביניהם וחוץ מזה שלא ניתן יהיה להפריד בין הרצועות‪).....‬‬
‫נעביר את הרצועה הכפולה בין האצבעות כדי לנטרל חשמלית את הרצועה‪ .‬בדיקה עם הטסטר‬
‫תראה לנו מתי זה קורה‪.‬‬
‫להפריד בין הרצועות עם שימוש ב‪ 2-‬ידיים נפרדות‪ .‬כעת לקרב את הרצועות המופרדות ורואים‬
‫שיש משיכה בין הרצועות‪ .‬לשים לב שככל המרחק מתקרב כוח המשיכה גדל‪ .‬בדיקה עם הטסטר‬
‫תראה שהנורה תידלק בקרבת הרצועות ‪.‬להדביק בחזרה את הרצועות ביחד ולהראות עם הטסטר‬
‫שהם במצב ניטראלי‪.‬‬
‫בשלב הבא לייצר ‪ 2‬רצועות מנוטרלות ‪ A‬ו‪ .B-‬להפריד בין הרצועות ולהניח בקצה השולחן‪ .‬עכשיו‬
‫לקרב את המחולל ולבדוק איזה סרט טעון חיובית (נדחה) ואיזה סרט טעון במטען שלילי ‪ ,‬נמשך‬
‫למחולל‪.‬‬
‫מה לומדים‬
‫הסלוטייפ עשוי משני חומרים שונים‪ .‬הבסיס עשוי מחומר פלסטי קשיח והדבק מחומר פלסטי רך‪.‬‬
‫התחלנו עם מצב לא טעון‪ ,‬וכשהפרדנו את הרצועות קבלנו שני גופים טעונים שנמשכים זה לזה‬
‫וכשמביאים אותם ביחד הם שוב במצב ניטראלי‪ .‬לכן חייב להתקיים שני סוגים של מטענים‬
‫שמושכים ומנטרלים אחד את השני‪ .‬לאחד קוראים שלילי ולשני חיובי‪.‬אין שום משמעות לשמות‬
‫חוץ מזה שכמו ש‪ 1+‬ו ‪ 1-‬מתחברים לאפס גם המטענים מתנהגים באותו דרך‪ .‬בהמשך מדענים נתנו‬
‫לאלקטרון את המטען השלילי ולפרוטון את המטען החיובי אבל זה היה צעד שרירותי ‪ .‬בשלב‬
‫הבא אנו לומדים שלקרב בין גופים טעונים במטען זהה‪ ,‬צריכים להתגבר על הכוח הדחייה‬
‫בינם‪.‬את המשמעות שהכוחות בין המטענים תלויים במרחק נראה בהמשך הפעילויות‪.‬‬
‫אנרגיה חשמלית נוצרת ע"י הפרדה בין מטענים הפוכים וקרבה בין מטענים זהים‪ .‬את האנרגיה‬
‫החשמלית אנו יכולים להמיר לאנרגיית תנועה‪ ,‬חום ‪,‬אור או אנרגיה כימית ע"י החזרת המטענים‬
‫למצבם הניטראלי בעזרת מכשירים שכולנו מכירים‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪11‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫פעילות ‪ - 4‬מחולל ואן דה גרף‪.‬‬
‫ציוד; טסטר חשמלי‪ ,‬סרט דביק עם בסיס פלסטי (סלוטייפ)‪ ,‬מחולל ואן דה גרף‪.‬‬
‫רקע‬
‫דרך אח ת ליצירת הפרשי פוטנציאלים ואגירתם בצורה "מלאכותית" היא מחולל ואן‪-‬דר‪-‬גרף‪.‬‬
‫מחולל (גנראטור) ואן‪-‬דה‪-‬גרף הוא למעשה משאבת מטענים המפרידה בין מטענים חיוביים‬
‫לשליליים‪.‬‬
‫הפעילות‬
‫לקחת סרט דביק (סלוטייפ)‪ ,‬לחתוך לרצועות ולעשות קיפול קטן‪ .‬להדביק ‪ 2‬רצועות ביחד ולייצר‬
‫מעין כריך עם דבק בין בסיס הפלסטי ודבק בצד החיצוני ‪.‬‬
‫יש להדביק רצועה אחת על גבי הלוח ואת השניה עליה‪ ,‬אין להדביק דבק לדבק‪ ,‬אלו חומרים זהים‬
‫לכם לא יהיה מעבר מטענים ביניהם (וחוץ מזה שלא ניתן יהיה להפריד בין הרצועות‪.).....‬‬
‫נעביר את הרצועה הכפולה בין האצבעות כדי לנטרל חשמלית את הרצועה‪ .‬בדיקה עם הטסטר‬
‫תראה לנו מתי זה קורה‪.‬‬
‫להפריד בין הרצועות עם שימוש ב‪ 2-‬ידיים נפרדות‪ .‬ולהדביק בקצה השולחן‪ .‬עכשיו לקרב את‬
‫המחולל ולבדוק איזה סרט טעון חיובית (נדחה) ואיזה סרט טעון במטען שלילי ‪ ,‬נמשך למחולל‪.‬‬
‫מה לומדים‬
‫אנו רואים כי המחולל מייצר מטענים חיוביים ולכן אחת מהרצועות נמשכת והשנייה נדחית‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪12‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫פעילות ‪ - 5‬מחולל ואן דה גרף עם רסיסי קלקר בצלחת‬
‫ציוד; צלחת חד פעמית‪ ,‬פתיתי קל קר‪ ,‬מחולל ואן דה גרף‪.‬‬
‫הפעילות‬
‫מפזרים פתיתי קלקר על גבי צלחת הפלסטיק‪ ,‬מרימים אותה באורי ומעבירים מתחתיה הלוך ושוב‬
‫את מחולל ואן דה גרף‪.‬‬
‫פתיתי הקלקר מתחילים לקפץ מהצלחת ממש כמו פופ‪-‬קורן‪.‬‬
‫מה לומדים‬
‫בתחילה פתיתי הקלקר טעונים במטען חשמלי בלתי ידוע‪ ,‬כאשר מקרבים את המחולל מתחת‬
‫לצלחת הפתיתים מתחילים להיטען במעטן חיובי עד אשר מתקיים כוח דחייה מספיק חזק שגורם‬
‫לפתיתים לקפוץ מהצלחת‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪13‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫פעילות ‪ - 6‬משיכה בין שני גופים‬
‫ציוד; בלון‪ ,‬טסטר‪ ,‬פיסות נייר‪.‬‬
‫הפעילות‬
‫נפחו בלון עד שגודלו יהיה כגודל כף ידכם לערך‪ ,‬כעת קשרו את הבלון‪.‬‬
‫יש להכין נייר גזור לחתיכות קטנות (ניתן להשתמש בעיגולי נייר ממחורר משרדי)‪.‬‬
‫שפשפו את הבלון בעדינות על שיערכם‪ ,‬ודאו ששיערכם יבש ואינו שמנוני‪( .‬ללא ג'ל וכד')‬
‫קרבו את הבלון ךפיסות הנייר ובדקו מה קורה‪.‬‬
‫מה לומדים‬
‫הבלון נטעון במעטן חשמלי חיובי ימשוך אליו את פיסות הנייר והם ייצמדו אליו‪.‬‬
‫גם במקרה זה ניתן לראות כי קיימים כוחות משיכה חשמליים בין שני גופים הטעונים במטענים‬
‫חשמליים סטטיים מנוגדים‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪14‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫פעילות ‪ - 7‬יצירת אנרגיה חשמלית בשיטה האלקטרו סטטית‪ -‬אלקטרופורוס‬
‫ציוד; שקית פלסטי (מהסופרמרקט) ‪,‬עיפרון עם מחק‪ ,‬נעץ‪ ,‬טסטר חשמלי‪ ,‬רדיד אלומיניום‬
‫הפעילות‬
‫כשמשפשפים את שקית הפלסטית מקבלים גוף טעון‪ .‬נפנוף הטסטר מעל השקית ידליק את‬
‫הנורה‪.‬המטענים הנמצאים על השקית אינם ניתנים לשימוש כי החומר הפלסטי לא מאפשר תנועת‬
‫מטענים‪ .‬ניקח מלבן של רדיד אלומיניום בגודל של כ ‪ 15‬ס"מ וננעץ בו במרכז את הנעץ אל תוך‬
‫המחק של העיפרון‪ .‬נוכל עכשיו בעזרת העיפרון להחזיק את הרדיד מעל השקית ובמגע אתו‬
‫כשהרדיד מבודד‪ .‬אם נגע ברדיד עם המברג ואת הראש של הטסטר עם האגודל של היד שום דבר‬
‫לא יקרה‪ .‬אבל עם נגע ברדיד עם הראש ואת המברג נחזיק באגודל נראה את הנורה נדלקת לזמן‬
‫קצר‪ .‬בהמשך נרחיק את הרדיד מהשקית בעזרת העיפרון ונדאג לכך שלא לייצור מגע עם הרדיד‪.‬‬
‫נפנוף עם הטסטר ביד השנייה יראה שהרדיד הוא טעון‪ .‬נקרב את הרדיד לשקית ונראה שהשקית‬
‫נמשכת אל הרדיד‪ .‬אם נגע ברדיד עם המברג ובאגודל של היד השנייה נחזיק בראש הטסטר נראה‬
‫את הנורה נדלק שוב ובסוף התהליך‪ ,‬בדיקה עם הטסטר יראה שרדיד נשאר לא טעון‪ .‬את התהליך‬
‫הנ"ל אפשר לעשות אין ספור פעמים בלי שהשקית יאבד את מטענו‪.‬‬
‫מה לומדים‬
‫השקית טעון חיובית‪ .‬אם נניח עליו את הרדיד המטענים השלילים ימשכו אל השקית והמטענים‬
‫החיוביים יברחו מהשקית ‪,‬הם יגיעו לקצה השני של הרדיד אבל הם לא יכולים לעזוב‪ .‬נגיעה עם‬
‫המברג של הטסטר אינו מאפשר את בריחת המטענים כי נורת הלד של הטסטר מאפשרת זרימת‬
‫מטענים רק אם הראש מחובר לחיובי‪ .‬לכן רק שאנו הופכים את הטסטר אנו מאפשרים את‬
‫הזרימה של המטענים החיוביים אל הגוף שלנו ומהגוף שלנו אל האדמה‪ .‬שכול המטענים החיוביים‬
‫שהשקית הצליח להבריח נשאר לנו רק מטענים שלילים ברדיד ‪ .‬לאחר שמרחיקים את הרדיד‬
‫מהשקית הטעון חיובית‪ ,‬אפשר לפרק את הרדיד ולהדליק את הנורה (הפעם עם המברג במגע עם‬
‫המטען השלילי) הצלחנו להפוך את האנרגיה החשמלי שייצרנו ע"י הפרדת מטענים לאנרגיית אור‪.‬‬
‫את המטען על הרדיד אפשר לטעון ולפרק אין ספור פעמים‪ ,‬כל עוד אנו משקיעים אנרגיה בהפרדת‬
‫המטענים‪ .‬שיטה זו של השראה על המטענים של חומר המוליך מטענים שקל לפרק אותם ( חומר‬
‫הרדיד) ע"י חומר מבודד שקל להטעין אותו בלי שהמטען יברח ממנו‪ ,‬נקרא האלקטרופורוס‪ .‬עד‬
‫היום משתמשים בו ( מחולל ווימהרסט בצורה המודרנית) כדי‬
‫לקבל מתחי חשמל גבוהים ‪,‬כשאפשר להסתפק בזרמים מאוד קטנים ‪.‬‬
‫וולטה המציא את השיטה הזאת כמה שנים לפני שהוא המציא את הסוללה בשנת ‪.1000‬‬
‫| ע מ ו ד ‪15‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫| ע מ ו ד ‪16‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫מוליכים ומבודדים‬
‫באטומים מורכבים מתחלקים האלקטרונים לקליפות‪ .‬בכל קליפה מרוחקים האלקטרונים במידה‬
‫שווה מהגרעין‪.‬‬
‫מכיוון שהאלקטרונים בעלי מטען שלילי – הם נמשכים אל הגרעין החיובי ומקיפים אותו‬
‫במסלולים קבועים‪ ,‬כך שקשה מאוד להוציא אותם ממסלולם‪.‬‬
‫האלקטרונים הקשורים קשר הדוק לאטום נקראים – אלקטרוני מסלול‪.‬‬
‫למרות זאת‪ ,‬בקליפה החיצונית מצויים אלקטרונים אשר הקשר שלהם לגרעין רופף והם חופשיים‬
‫לנוע מאטום לאטום‪ .‬אלקטרונים אלו נקראים – אלקטרונים חופשיים‪.‬‬
‫מספר האלקטרונים החופשיים שונה בכל יסוד‪ ,‬ותלוי בתכונות של אותו יסוד‪.‬‬
‫באופן רגיל‪ ,‬מספר האלקטרונים שווה למספר הפרוטונים‪ ,‬ונוצר שוויון בין סכום מטעני‬
‫האלקטרונים למטען הגרעין‪ .‬לכן‪ ,‬האטום מאוזן‪ ,‬וחסר מטען כלפי הסביבה החיצונית‪.‬‬
‫במקרה שאלקטרון חופשי אחד‪ ,‬מסיבה זו או אחרת‪ ,‬עוזב את האטום – האטום הופך‬
‫להיות לא מאוזן ובעל מטען חיובי‪.‬‬
‫אטום זה ימשוך אליו אלקטרון חופשי מאטום הסמוך אליו‪ ,‬וכך הלאה בין כל שאר האטומים‪ .‬כך‬
‫נוצרת תנועה של אלקטרונים חופשיים אך בצורה בלתי מסודרת‪.‬‬
‫חומר שבו מספר גדול של אלקטרונים חופשיים נקרא מוליך‪ .‬למשל ‪ 2‬כסף‪ ,‬נחושת‪ ,‬ברזל‪.‬‬
‫חומר שבו מספר מועט של אלקטרונים חופשיים‪ ,‬או אין בכלל‪ ,‬נקרא מבודד למשל ‪ 2‬עץ‪ ,‬פלסטיק‪ ,‬גומי‪.‬‬
‫כאשר נוצר מגע בין גוף טעון לגוף ניטרלי מבחינה חשמלית בעזרת מתכת מוליכה‪ ,‬מטענים מהגוף‬
‫הטעון עוברים לגוף שאינו טעון וכך נוצר שיווי משקל חשמלי בשני הגופים )‪.(b‬‬
‫כאשר נוצר מגע בין גוף טעון לגוף ניטרלי מבחינה חשמלית בעזרת עץ מבודד לא יתבצע מעבר‬
‫מטענים מהגוף הטעון לגוף הניטרלי‪.(c) .‬‬
‫חומר מוליך חשמל הוא חומר שעובר בו זרם חשמלי‪ .‬חומר מוליך סוגר מעגל חשמלי‪.‬‬
‫חומר מבודד הוא חומר שלא עובר בו זרם חשמלי‪ .‬חומר מבודד אינו סוגר מעגל חשמלי‪.‬‬
‫אם נצליח להביא לכך שהאלקטרונים החופשיים יזרמו בתנועה מכוונת ומסודרת לאורכו ששל תיל‬
‫העשוי מחומר מוליך‪ ,‬נגרום לכך שלאורך התיל יזרום זרם חשמלי‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪17‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫פעילות ‪ - 8‬חומרים מולכים פחות ויותר‪.‬‬
‫ציוד; טסטר חשמלי‪ ,‬אוסף של כל מיני חומרים‪ ,‬כוס מים‪.‬‬
‫הפעילות‬
‫לטסטר יש רגישות גבוהה לזרמים קטנים ביותר ולכן הוא מכשיר אידיאלי להבדיל בין חומר‬
‫מוליך ללא מוליך‪.‬‬
‫מחברים את אצבע היד השמאלית לקצה עם המברג ואצבע יד ימנית לראש הטסטר‪ .‬הנורה נדלקת‬
‫( אם לא‪ ,‬הטסטר לא תקין)‪.‬‬
‫טובלים את אצבע יד שמאלית בתוך כוס מים ואת היד הימנית על ראש הטסטר וטובלים את‬
‫המברג בתוך המים ‪ .‬הנורה נדלקת‪.‬‬
‫אפשר לבדוק מגוון רחב של חומרים (כגון מתכת\ חומרים פלסטיים ועוד) עם הטסטר ולבדוק אם‬
‫החומרים מוליכים או לא‪.‬‬
‫מה לומדים‬
‫מים מוליכים חשמל‪ ,‬כי המלחים שמתמוססים בהם הופכים לגופים טעונים (יונים) שמוליכים‬
‫חשמל‪ .‬מאחר ואנו עשויים מ‪ 40% -‬מים‪ ,‬גם אנחנו מוליכים חשמל‪ (.‬טוב שכך כי אנחנו מתפקדים‬
‫ע"י העברת אותות חשמליים בגוף)‪ .‬רוב כללי הבטיחות בחשמל מתבססים על עובדה פשוטה זאת‪.‬‬
‫אבל כדאי להזכיר שביחס לשימוש באנרגיות אחרות אנרגיה חשמלית היא מאוד בטוחה אם‬
‫נוקטים בצעדי בטיחות מינימאליות‪.‬‬
‫מתכות מוליכות חשמל בצורה טובה מאוד‪ ,‬כי יש להם כמות אלקטרונים שלא מחויבים להיות‬
‫שייכים לאטום מסוים ולכן האלקטרונים נקראים חופשיים (הם אינם חופשיים באמת‪ ,‬כי הם‬
‫אסירים בתוך גוף המתכת)‪ .‬יותר מזה‪ ,‬אלקטרונים הם בסדרי גודל יותר קלים מיונים ולכן הם‬
‫זורמים יותר בקלות‪.‬‬
‫לעומת זאת ‪,‬בחומרים פלסטיים ‪ ,‬רוב החומרים האורגניים ללא מים וחומרים קראמיים‪ ,‬כל עוד‬
‫האלקטרונים או היונים שלהם תפוסים במקום ‪ ,‬הם מוליכים גרועים אם בכלל‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪18‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫מוליכות חשמלית והתנגדות חשמלית‬
‫יכולת המעבר של אלקטרונים בחומר שונה מחומר לחומר ומתוארת על ידי תכונה המכונה מוליכות ו‪/‬או‬
‫התנגדות (משתמשים במונחים שונים לתיאור המצב ההפוך של אותה תכונה)‪.‬‬
‫מוליכות חשמלית מתייחסת ליכולת של האלקטרונים לעבור בחומר‪ .‬מוליכות גבוהה יותר משמעותה‬
‫היא שהאלקטרונים יכולים לעבור בחומר יותר בקלות‪ ,‬ולכן עוצמת הזרם במעגל החשמלי גדולה יותר‪.‬‬
‫התנגדות חשמלית מתייחסת להתנגדות החומר למעבר אלקטרונים במוליך בכל שנייה‪ .‬במוליכים‬
‫בעלי התנגדות קטנה מספר האלקטרונים העוברים בשנייה גדול יותר ולכן גם עוצמת הזרם‬
‫החשמלי גדולה יותר לעומת מוליכים בעלי התנגדות גדולה‪.‬‬
‫המוליכות של חומר גבוהה כאשר התנגדותו קטנה ולהיפך‪.‬‬
‫מידת ההתנגדות של תיל מוליך למעבר אלקטרונים דרכו מושפעת ממספר גורמים‪2‬‬
‫‪ o‬סוג החומר שממנו עשוי התיל המוליך (מתבטא בהתנגדות סגולית)‬
‫‪ o‬אורך התיל המוליך‬
‫‪ o‬שטח החתך של התיל המוליך‬
‫מתארים את הקשר בין הגורמים המשפיעים על התנגדות תיל מוליך בנוסחה‪2‬‬
‫‪l‬‬
‫‪A‬‬
‫‪R  ‬‬
‫כאשר ‪ ρ‬היא ההתנגדות הסגולית של החומר‪ l ,‬הוא אורך התיל ו‪ A-‬הוא שטח החתך שלו‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪19‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫פעילות ‪ - 9‬חיבור נגדים בטור‪-‬איך אורך הנגד משפיע על הזרם‪.‬‬
‫ציוד; טסטר חשמלי‪ ,‬סוכריות רצועה שטוחות(חמצוצים)‪.‬‬
‫הפעילות‬
‫מוסיפים למעגל החשמלי רצועת סוכרייה ("חמצוצים") כשבקצה הימני מניחים את המברג‪,‬‬
‫והאצבע הימנית אוחזת בראש הטסטר והאצבע השמאלית בקצה השני של הרצועה‪ .‬הנורה תדלק‬
‫כי הסוכרייה מכילה מים‪ .‬כשמקרבים את האצבע השמאלית לכוון המברג עוצמת האור גדלה‬
‫ונחלשת כשהאצבע מתרחק ‪.‬‬
‫מה לומדים‬
‫הרצועה היא דגם לנגד במעגל חשמלי‪ .‬הרצועה מוליכה חשמל כי יש בתוכה מים‪ .‬התפקיד המרכזי‬
‫של נגד הוא לשלוט על כמות הזרם במעגל בלי לשנות את מתח המעגל‪ .‬בפעולה זאת אנו רואים‬
‫בבירור שככל שאורך הנגד יותר גדול אז ההתנגדות של המעגל גדלה‪ ,‬כי האור הולך ונחלש ולכן‬
‫הזרם החשמלי הולך וקטן במעגל‪.‬‬
‫כשמחברים נגדים בטור במעגל האורך של הנגדים גדל ולכן ההתנגדות גדלה‪ .‬נגד שאורכו משתנה‬
‫והוא מחובר בטור נקרא ראוסטט‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪20‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫פעילות ‪ - :‬איך משפיע עובי הנגד על התנגדותו החשמלי ‪ -‬חמצוץ‬
‫ציוד; טסטר חשמלי‪ ,‬חמצוץ‪.‬‬
‫הפעילות‬
‫מחלקים את החמצוץ לשלושה חלקים שווים‪ ,‬עורמים את החלקים האחד על השני‪.‬‬
‫מחברים את הטסטר בקצה הערמה ונוגעים עם האצבע בקצה השני‪.‬‬
‫לאחר מכן מסירים חתיכת חמצוץ (עכשיו יש שתי שכבות חמצוץ) ושוב נוגעים עם האצבע בקצה‬
‫השני‪ ,‬נין לראות כי האור נחלש‪.‬‬
‫מסירים שכבה שניה וחוזרים על הבדיקה‪.‬‬
‫ניתן לראות שככל שנסיר שכבות חמצוץ עוצמת האור הולכת ונחלשת‪ ,‬האור הכי חזק כאשר‬
‫שלושת שכבות החמצוץ מוליכות זרם ‪ ,‬והאור מאיר הכי חלש כאשר יש שכבת חמצוץ אחת‪.‬‬
‫מה לומדים‬
‫ככל שמספר שכבות החמצוץ גדול יותר ‪,‬עובי המוליך גדול יותר (הוא בעל שטח חתך יותר גדול) ‪.‬‬
‫ככל שהשטח חתך יותר גדול המוליך מכיל יותר מטענים ולכן הזרם החשמלי גדל‪ .‬אם הזרם‬
‫החשמלי גדל אז ההתנגדות החשמלית קטנה‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪21‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫פעילות ‪ - 21‬איך משפיע עובי הנגד על התנגדותו החשמלי ‪ -‬דבש‬
‫ציוד; טסטר חשמלי‪ ,‬מיכל קטן‪ ,‬דבש שקוף‪.‬‬
‫הפעילות‬
‫שמים דבש נוזלי במיכל קטן‪ .‬טובלים עם האצבע השמאלית בקצה השמאלית של המיכל ובקצה‬
‫הימנית של המיכל טובלים את המברג‪ .‬אוחזים באצבע הימנית על ראש הטסטר‪ .‬הנורה תדלק כי‬
‫בדבש יש כמות מים לא מבוטלת‪ .‬מרימים את האצבע השמאלית מעל המיכל ומחזיקים אותה‬
‫בגובה קבוע‪ .‬עם הזמן הסיב של הדבש הולך ונהיה יותר דק‪ ,‬ועוצמת האור נחלשת עד שהוא נכבה‬
‫ברגע שיש נתק של הסיב מהמיכל‪.‬‬
‫מה לומדים‬
‫ככל שקוטר הסיב גדול יותר הוא בעל שטח חתך יותר גדול‪ .‬ככל שהשטח חתך יותר גדול הסיב‬
‫מכיל יותר מטענים (יונים במקרה שלנו) ולכן הזרם החשמלי גדל‪ .‬אם הזרם החשמלי גדל אז‬
‫ההתנגדות החשמלית קטנה‪ .‬הסיב מהדבש הוא דגם לכל נגד אמיתי ‪ .‬יש אפשרות לשלוט על‬
‫ההתנגדות של הנגד ע"י שליטה בקוטרו‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪22‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫פעילות ‪ -22‬חיבור נגדים במקביל‪.‬‬
‫ציוד; טסטר חשמלי‪ ,‬סוכריות רצועה שטוחות (חמצוצים)‬
‫הפעילות‬
‫חותכים רצועה אחד של הסוכרייה לשלושה חלקים‪ .‬מחברים ביחד את הקצה הימני ואת הקצה‬
‫השמאלי מפזרים כמניפה‪ .‬כשהאצבע הימנית אוחזת בראש הטסטר‪ ,‬נועצים את המברג בקצה‬
‫הימני ועם האצבעות ביד השמאלי נוגעים בזה אחר זה בקצה השמאלי של הרצועה העליונה‬
‫והרצועה האמצעית ובסוף את הרצועה התחתונה‪ .‬רואים שעוצמת האור גדלה עם מספר הרצועות‪.‬‬
‫מה לומדים‬
‫חיבור הנגדים שנעשה כאן נקרא חיבור מקבילי‪ .‬ככל שמוסיפים יותר נגדים במקביל בעצם‬
‫מגדילים את עובי הנגדים‪ .‬ראינו מה המשמעות של צעד זה‪.‬‬
‫חיבור מכשירי החשמל בבית נעשה בצורה מקבילית‪ .‬חיבור זה מאפשר הפעלת כל מכשיר בנפרד‬
‫בלי שניתוק או חיבור מכשיר אחד יפריע לשני‪ .‬ככל שנשתמש ביותר מכשירים דרישת כמות‬
‫הזרם תלך ותגדל‪ .‬מאחר וכמות הזרם שמערכת חוטי החשמל יכולה לשאת מוגבלת ‪ ,‬יש גם הגבלה‬
‫של מכשירים שאפשר להשתמש בהם‪ .‬זאת בניגוד מוחלט לחיבור טורי( פעילות ‪ )10#‬שבו ניתוק‬
‫מכשיר אחד מנתק את כל המכשירים והוספת כל מכשיר תקטין את הזרם‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪23‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫פעילות ‪ -23‬השפעת החומר על ההתנגדות‬
‫ציוד; דבק נייר בצורת שפתון‪ ,‬טסטר חשמלי‪ ,‬דף נייר‪ ,‬עפרון‪ ,‬דף נייר‬
‫הפעילות‬
‫שמים פס של דבק נייר (דבק שנמצא במיכל בצורת שפתון) באורך של כמה סנטימטרים על דף נייר‪.‬‬
‫מניחים את האצבע השמאלית על הקצה השמאלי של הפס ואת המברג על הקצה הימני‬
‫כשהאצבע הימני על ראש הטסטר‪ .‬הנורה נדלקת כי יש מים בדבק‪ .‬עם הזמן המים מתאדים‬
‫ועוצמת האור קטנה‪ .‬לאחר זמן שתלוי בלחות הסביבה הנורה לא תדלק כלל‪.‬‬
‫עפרון‬
‫העיפרון מורכב ממוט גרפיט‪ ,‬אשר לרוב מצופה בעץ‪.‬‬
‫נוגעים בעפרון עם הטסטר ורואים כי הוא אינו מוליך‪.‬‬
‫מציירים קווים עבים ונוגעים עם הטסטר בקצה אחד ועם היד השניה בקצה השני ורואים כי‬
‫החומר גרפיט (ממשפחת הפחמניים) הינו חומר מוליך‪.‬‬
‫הסעת האצבע לאורכו של הקו המצויר תדגים גם כאן את הקשר בין אורך המוליך להתנגדותו‪.‬‬
‫מה לומדים‬
‫המים הם שגורמים למוליכות ולכן ככל שכמות המים קטנה הזרם קטן וההתנגדות של החומר‬
‫גדל‪ .‬הפעילות הזו בא להדגים שהחומר משחק תפקיד חשוב במוליכות של נגד‪ .‬לכל חומר יש מקדם‬
‫התנגדות המאפיין אותו(התנגדות סגולית)‪.‬לרוב המוליכים מקדם ההתנגדות גדלה עם‬
‫הטמפרטורה אם כי יש מוליכים שהתנגדותם קטנה או לא מושפעת בכלל מעליית הטמפרטורה‪.‬‬
‫פעולה באינטרנט‪ 2‬חיפשו ערכים של התנגדות סגולית של מתכות נפוצות כגון זהב‪ ,‬כסף‪ ,‬נחושת‪,‬‬
‫אלומיניום‪ .‬השווה יתרונות וחסרונות ‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪24‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫| ע מ ו ד ‪25‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫מגנטיות‬
‫המגנטיות התגלתה (לא הומצאה‪ ,‬מכיוון שהיא קיימת בטבע) ע"י היוונים הקדמונים‪.‬‬
‫הם מצאו מחצב שמשך ברזל ליד עיר בשם "מגנסיה" (‪ )Magnesia‬ולכן קראו למחצב "מגנס"‪.‬‬
‫שבבי ברזל מסתדרים על פי קווי הכוח של השדה המגנטי של מגנט ‪.‬‬
‫שדה מגנטי נוצר על ידי מטענים חשמליים המצויים בתנועה (זרם חשמלי‪ -‬תנועה של חלקיקים‬
‫חופשיים נושאי מטען חשמלי לאורך המוליך)‪ .‬לשדה המגנטי גודל וכיוון‪ ,‬כיוון השדה הוא בניצב‬
‫לכיוון תנועת המטענים‪.‬‬
‫אטום מורכב מאלקטרונים‪ ,‬פרוטונים ונויטרונים‪ .‬האלקטרונים (בעלי מטען חשמלי שלילי)‬
‫סובבים סביב עצמם (מכונה "ספין"‪ )spin ,‬ויוצרים שדה מגנטי זעיר‪.‬‬
‫כיוון הסיבוב משפיע על כיוון השדה‪ ,‬שדות מנוגדים ימשכו זה לזה ושדות זהים ידחו זה את זה‪ .‬יש‬
‫יסודות שבהם האטומים ניטראליים מבחינה מגנטית (כי סך כל השדות בטלו אחד את השני) ולכן‬
‫לא יושפעו מהימצאות מגנט לידם (אדישים)‪ .‬לעומתם‪ ,‬חומרים כמו ברזל הם בעלי מומנט מגנטי‪,‬‬
‫כאשר נקרב עליהם מגנט המומנטים יסתדרו עם כיוון השדה המגנטי וימשכו אליו (מכאן‬
‫המשיכה(‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪26‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫המגנט המוכר לנו מוגדר כגוף בעל שדה מגנטי‪ 3‬זהו חומר פרומגנטי (כמו ברזל או ניקל) שעבר‬
‫תהליך בו השדה המגנטי של כל אטום בחומר מצביע לאותו כיוון‪.‬‬
‫מגנט הוא למעשה כל גוף בעל שדה מגנטי‪.‬‬
‫מגנט תמידי הוא גוף העשוי חומר פרומגנטי שעבר מגנוט‪ ,‬כמו ניקל או ברזל‪ .‬בתהליך‪ ,‬האטומים‬
‫שמהם מורכב החומר מסודרים כך שהשדות המגנטיים שיוצר כל אטום בנפרד‪ ,‬יצביעו באותו‬
‫הכיוון‪ .‬כל אחד מהאטומים המרכיבים את החומר‪ ,‬הוא למעשה לולאת זרם היוצרת סביבה שדה‬
‫מגנטי‪ .‬השדה המגנטי של המגנט כולו הוא סופרפוזיציה (סכום) של השדות הנ"ל‪ .‬לסוג החומר יש‬
‫השפעה על עוצמת השדה‪.‬‬
‫קווי השטף המגנטי יוצרים תמיד מעגל סגור‪ ,‬הינם סימטריים ביחס לקטבים ואינם מצלבים אחד‬
‫בשני‪.‬‬
‫ניתן גם להבחין כי צפיפות הקווים הגדולה ביותר הינה בקטבים‪.‬‬
‫זרימת השטף המגנטי מחוץ למגנט היא מצפון לדרום‪ ,‬ובתוך המגנט מדרום לצפון‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪27‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫אלקטרומגנט‬
‫אלקטרומגנט הוא סוג של מגנט שבו השדה המגנטי מופק באמצעות זרם חשמלי המועבר מסביב‬
‫לליבת מתכת‪ ,‬ובו השדה המגנטי מתפוגג כאשר הזרם החשמלי נפסק‪ .‬האלקטרומגנט משתמש‬
‫בחשמל כדי להפיק כוח מגנטי‪ .‬המבנה הבסיסי של אלקטרומגנט הוא ליבה של חומר פרומגנטי‬
‫(לרוב ברזל) סביבה מלופף סליל מחומר מוליך‪ ,‬לרוב נחושת‪ .‬עם העברת זרם חשמלי בסליל נוצר‬
‫שדה מגנטי בתוך הליבה והופך אותה למגנט חזק‪.‬‬
‫יתרון האלקטרומגנט על פני מגנט רגיל הוא שניתן ליצור שדה מגנטי חזק‪ ,‬וניתן לשלוט על‬
‫עוצמתו‪ 3‬החיסרון הוא שנדרש זרם חשמלי כדי לקיים את השדה המגנטי‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪28‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫פעילות ‪ -24‬השפעת אלקטרומגנט על מגנט (מצפן)‬
‫ציוד; כוס עם מים‪ ,‬אטב משרדי‪ ,‬חוט ‪ ,‬סוללה‪ ,‬נייר טישו‪.‬‬
‫הפעילות‬
‫ממלאים את הכלי במים‪ ,‬מניחים פיסת נייר טישו ועליה מניחים את האטב המשרדי פרוס‪.‬‬
‫לפני כן יש למגנט את האטב המשרדי ע"י העברת מגנט חזק לאורכו בכיוון אחד‪.‬‬
‫כאשר נייר הטישו שוקע והאטב נשאר לצוף מחברים את החוט לשתי קצוות הסוללה ומקרבים‬
‫אותו לכוס בו נמצא האטב המשרדי‪ ,‬האטב המשרדי ישנה את כיוונו בהתאם למיקום החוט בו‬
‫זורם הזרם שהופך אותו לאלקטרומגנט‪ .‬השדה המגנטי הוא פונקציה של המרחק‪.‬‬
‫מה לומדים‬
‫תיל נושא זרם מפתח סביבו שדה אלקטרו מגנטי‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪29‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫חוק לורנץ‬
‫תופעה זו היא הדגמה פשוטה של כוח לורנץ‪ .‬כוח לורנץ הוא הכוח הפועל על מטען חשמלי עקב‬
‫נוכחותם של שדה חשמלי ושדה מגנטי‪.‬‬
‫ההתקן לעיל נקרא מנוע 'הומופולרי'‪ .‬כאשר אנו נוגעים במגנט בעזרת התיל החשמלי‪ ,‬אנו סוגרים‬
‫מעגל חשמלי‪ .‬זרם זורם מחוץ לסוללה‪ ,‬למטה אל הבורג‪ ,‬עובר מן הצד דרך המגנט‪ ,‬ומהתיל בחזרה‬
‫לקוטב השני של הסוללה‪.‬‬
‫השדה המגנטי הנוצר מהמגנט מכוון כלפי הפנים השטוח שלו‪ ,‬ועל כן הוא מקביל לציר הסימטריה‬
‫של המגנט (המגנט בהתקן זה הינו דסקה עגולה)‪ .‬זרם חשמלי זורם דרך המגנט (בממוצע) בכיוון‬
‫ממרכז המגנט לקצה המגנט‪ ,‬כלומר הוא זורם בכיוון הרדיאלי‪ ,‬מאונך לציר הסימטריה של המגנט‪.‬‬
‫מבט מוגדל של דסקת המגנט‪ 2‬קווי השדה המגנטי‪ ,‬בצבע כחול‪ ,‬מאונכים למגנט (מקבילים לציר‬
‫הסימטריה שלו)‪ .‬השדה המגנטי שמעל המגנט מצביע כלפי מעלה‪ .‬כמו בתמונה הקודמת‪ ,‬כיוון‬
‫הזרם מסומן בעזרת החצים הסגולים‪ .‬שימו לב לחץ האופקי של הזרם‪ 2‬המטענים החשמליים‬
‫הנעים דרך המגנט מרגישים כוח לורנץ שעוצמתו נקבעת על ידי הזווית שבין כיוון השדה המגנטי‬
‫וכיוון זרימת הזרם‪.‬‬
‫הכוח הינו חזק יותר אם הזווית ביניהם היא ‪ 10‬מעלות‪ .‬כיוון הכוח הינו מאונך לשני כיוונים אלו‪.‬‬
‫עבור הזרם שזורם בבורג ובתיל‪ ,‬הכוחות הם מינימליים משום שכיוון הזרם הינו מקביל לשדה‬
‫המגנטי‪.‬‬
‫אולם‪ ,‬יש כוח ניכר על המטענים החשמליים אשר זורמים אופקית דרך המגנט‪ ,‬ב ‪ 10‬מעלות לכיוון‬
‫המאונך של אוריינטציית השדה המגנטי‪ .‬על כן‪ ,‬כוח‪ ,‬חץ ירוק באיור‪ ,‬נוצר בכיוון השלישי אשר‬
‫גורם לסיבוב המגנט‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪30‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫פעילות ‪ -25‬איך הופכים אנרגיה חשמלית לאנרגיית תנועה‪-‬מנוע יבש‬
‫ציוד; סוללה ‪ 2.6‬וולט‪ ,‬מגנט כפתור ניאודימיום‪ ,‬בורג מברזל‪ ,‬תייל מוליך רב‪-‬גידי גלוי בקצוות‪.‬‬
‫הפעילות‬
‫מחברים כפתור מגנטי ניאודימיום לראש של בורג עשוי ברזל‪ .‬את נקודת החוד של הבורג מחברים‬
‫לבסיס של סוללת אצבע (‪ 1.5‬ואלט) ‪ (.‬הבורג נצמד ע"י כוחות מגנטיים‪ ).‬מחזיקים את מערכת‬
‫הסוללה‪ ,‬הבורג והמגנט בצורה אנכית ומחברים את הקוטב החיובי עם המגנט ע"י תיל מנחושת‬
‫רב‪-‬גידי‪(.‬יש לגלות את הגידים ע"י הסרת הציפוי הפלסטי‪ ).‬המגנט עם הבורג יסתובבו במהירות‬
‫גבוהה‪.‬‬
‫מה לומדים‬
‫זרם חשמלי שנע בניצב לשדה מגנטי גורם לכוח שיופעל על המטענים שבמקרה שלנו גורם לתנועה‬
‫סיבובית‪ .‬בפעילות זאת הזרם זורם במישור של ראש הבורג והשדה המגנטי הוא בכוון ציר‬
‫הבורג‪ .‬שינוי כוון הזרם או השדה המגנטי(הפיכת הכפתור) ישנה את כוון הסיבוב (תנסו)‪ .‬בפעילות‬
‫זו בנינו מנוע הכי פשוט‪ .‬כל מנוע חשמלי הנמצא באין ספור מכשירים עובד על פי אותו עיקרון‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪31‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫פעילות ‪ - 26‬איך הופכים אנרגיה חשמלית לאנרגיית תנועה‪-‬מנוע רטוב‬
‫ציוד; סוללה ‪ :‬ווולט‪ ,‬מיכל קטן‪ ,‬מים‪,‬מלח‪ ,‬פלפל‪ ,‬תיליים עם ראש תנין‪ ,‬רדיד אלומיניום‪.‬‬
‫הפעילות‬
‫ממלאים את המיכל במים‪ ,‬מוסיפים מלח ומערבבים היטב‪ .‬מניחים כפתור מגנטי ניאודימיום‬
‫באמצע הכוס כשגובה פני המים קצת מעל המגנט‪ .‬מחברים קצה אחד של תיל מוליך מנחושת או‬
‫מאלומיניום לאחד ההדקים של סוללת ‪ 1‬וולט ומחזיקים את הקצה השני מעל מרכז המגנט‬
‫כשתופסים פיסת רדיד מגולגל עם התנין‪ .‬מחברים את הקצה של תיל שני להדק האחר של‬
‫הסוללה והקצה השני עם פיסת רדיד במרחק מה ממרכז המגנט במים‪ .‬המים יתחילו להסתובב‪.‬‬
‫(אם לא מבחינים בסיבוב יש להוסיף אבקת פלפל שחור למים ואז הסיבוב בולט יותר‪).‬‬
‫מה לומדים‬
‫בפעילות זו הזרם של היונים של המלח‪ ,‬נעים במישור המים המלוחים והשדה המגנטי בניצב‬
‫למישור פני המים‪ .‬הכוח הסיבובי שמופעל על היונים עובר אל המים ‪ .‬שוב‪ ,‬שנוי בכוון הזרם (‬
‫החלפת התליים ) או החלפת כוון השדה המגנטי (כוון הכפתור) ישנה את כוון הסיבוב‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪32‬‬
‫חגי קרקו ‪ -‬אוק' ‪3122‬‬
‫פעילות ‪-27‬התנהגות המיוחדת של דיודה‬
‫ציוד; נורת דיודה‪ ,‬טסטר חשמלי‬
‫הפעילות‬
‫לנורת לד יש שתי רגליים‪ ,‬אחת ארוכה ואחת קצרה‪ .‬מחברים את הרגל הקצרה למברג של טסטר‬
‫ואת הרגל הארוכה אוחזים ביד השמאלית ונוגעים עם היד הימנית לראש הטסטר‪ .‬נורת הטסטר‬
‫תדלק‪ .‬אם מחברים את הרגל הארוכה למברג ואת הקצרה לאצבע הימנית אז הנורה לא תדלק‪.‬‬
‫מה לומדים‬
‫נורת לד מעבירה זרם רק בכוון אחד‪ .‬הרגל הארוכה חייבת להתחבר להדק החיובי ורגל קצר‬
‫לשליל‪ .‬במקרה ההפוך הלד לא מוליך חשמל‪ .‬רק נורת הלד בתוך הטסטר נדלקת במקרה הראשון‬
‫כי שם יש מגבר חשמלי‪ ,‬נורת הלד החיצונית לא נדלקת כי הזרם שעובר דרכה קטן מדי‪ .‬מה שאנו‬
‫רואים כאן שבכוון אחד של הזרם יש מוליכות חשמלית ובכוון ההפוך אין מוליכות‪ .‬כבר נאמר‬
‫למעלה שלחומרים האלו אנו קוראים חצאי‪-‬מוליכים והם הבסיס לתעשיית האלקטרוניקה‪.‬‬
‫פעילות ‪ -28‬איך המתח של הסוללה משפיע על זרם חשמלי‪.‬‬
‫ציוד; סוללת אצבע ‪ 2.6‬וולט‪ ,‬טסטר חשמלי‪.‬‬
‫הפעילות‬
‫מחברים לקצה של המברג של הטסטר את החלק החיובי של סוללת ‪ 1.5‬ואלט (החלק הבולט)‬
‫ומחזיקים את האצבע השמאלית על החלק השלילי (הבסיס) כשהאצבע הימנית במגע עם הראש‬
‫של הטסטר‪ .‬הנורה תדלק בעוצמה יותר חזקה מאשר במעגל ללא הסוללה‪ .‬אם הופכים את‬
‫הקוטביות של הסוללה אז הנורה יותר חלשה מאשר ללא סוללה‪.‬‬
‫מה לומדים‬
‫כשמחברים את הטסטר לגוף שלנו במעגל חשמלי ‪,‬ערך מתח הסוללות הפנימיות הם ‪ 3‬וולט‪.‬‬
‫כשמחברים את הסוללה החיצונית בצורה הנכונה ( ‪ +‬ל ‪ ) -‬אז כמות המתח עולה ל ‪ 4.5‬וולט‬
‫ובהתאם גם עוצמת האור ולכן גם הזרם במעגל‪ .‬כשמחברים את הסוללה החיצונית בצורה הפוכה‪,‬‬
‫ערך המתח יורד ל ‪ 1.5‬וולט ובהתאם זרם במעגל‪ .‬מסקנה‪ 2‬אם משאירים את שאר התנאים‬
‫קבועים ‪ ,‬ככל שהמתח במעגל גדל גם הזרם גדל‪.‬‬
‫| ע מ ו ד ‪33‬‬