חוקרים כיצד מספר הליפופים ועוצמת הזרם משפיעים על כוח השדה המגנטי — עם ניסוי ידני, סימולטור ותחזיות.
בשנת 1820 גילה הפיזיקאי הדני הנס כריסטיאן אורסטד בטעות שמחט מצפן זז לידי חוט חשמלי פעיל. הגילוי הפשוט הזה שינה את ההיסטוריה: כשזרם עובר בחוט, הוא יוצר שדה מגנטי מסביבו. כשמסדרים את החוט בעשרות ליפופים (סיבובים), השדות של כל ליפוף מצטרפים — והאלקטרומגנט נהיה חזק פי עשרות.
היום, כמה מהטכנולוגיות הקריטיות ביותר — מכונות MRI שמאבחנות גידולים, רכבות מגלב שמרחפות ב-600 קמ"ש, וממיינות מחזור תעשייתיות — כולן מסתמכות על אותו עיקרון שאתם חוקרים היום עם מסמר, חוט וסוללת AA.
זרם הוא תנועה מסודרת של אלקטרונים. כשהם נעים בחוט, הם יוצרים שדה מגנטי חלש מסביב לחוט.
כל ליפוף של חוט יוצר טבעת מגנטית. ככל שיש יותר ליפופים, השדות מצטרפים ומתחזקים.
ברזל הוא חומר פרומגנטי — הדומיינים המגנטיים שלו מסתדרים עם השדה ומגבירים אותו פי מאות.
עוצמת השדה פרופורציונלית למספר הליפופים (N) ולזרם (I). כפול ליפופים = כפול עוצמה.
הפעילו את האלקטרומגנט 3–5 שניות בלבד בכל מדידה, ואז נתקו.
כשמחברים חוט ישירות לסוללה יש התנגדות חשמלית נמוכה מאוד — הזרם גבוה, והסוללה מתחממת מהר מאוד.
הפעלה ממושכת תגרום לסוללה להתחמם, לדלוף, ועלולה לגרום לכוויה. אל תשאירו מחובר ללא השגחה.
בניסוי זה נשנה את מספר הליפופים ונבדוק איך זה משפיע על כמות האטבים שנדבקים. כל שאר התנאים — קבועים!
מספר הליפופים
10, 20, 30, 40, 50 ליפופים
מספר האטבים שנדבקים לאלקטרומגנט
סוג הסוללה, סוג המסמר, סוג החוט, זמן הפעלה
בדקו את תחזיתכם כאן לפני שאתם עושים את הניסוי האמיתי. שמרו את התחזית ואחר כך השוו לתוצאות האמיתיות.
לפני שמחברים את הסוללה — קרבו את המסמר ללא זרם לאטבים וספרו כמה נדבקים. זאת קבוצת הביקורת השלילית שלנו. ⚠️ שימו לב: ייתכן שאחרי ניסויים קודמים המסמר יהפוך למגנט קבוע חלש — זה עצמו ממצא מעניין!
| מספר ליפופים | חזרה 1 | חזרה 2 | חזרה 3 | ממוצע |
|---|---|---|---|---|
| ביקורת (ללא זרם) | — | |||
| 10 ליפופים | — | |||
| 20 ליפופים | — | |||
| 30 ליפופים | — | |||
| 40 ליפופים | — | |||
| 50 ליפופים | — |
🔍 ניתוח הגרף:
האם הגרף שלכם לינארי (קו ישר)? אם כן — מה זה אומר על הקשר בין מספר הליפופים לעוצמה?
השוו את מה שהסימולטור ניבא לבין מה שקרה בפועל עם 30 ליפופים (ערך הביניים):
בניסוי זה נשנה את מספר הסוללות (עוצמת הזרם) בעוד מספר הליפופים נשאר קבוע — 30 ליפופים.
מספר הסוללות
1, 2, 3 סוללות AA
מספר האטבים שנדבקים לאלקטרומגנט
מספר ליפופים (30), סוג המסמר, סוג החוט, זמן הפעלה
הפעם הליפופים קבועים (30). רק מספר הסוללות משתנה.
| מספר סוללות | חזרה 1 | חזרה 2 | חזרה 3 | ממוצע |
|---|---|---|---|---|
| ביקורת (ללא זרם) | — | |||
| סוללה 1 | — | |||
| 2 סוללות | — | |||
| 3 סוללות | — |
🔍 ניתוח הגרף:
השוו את הגרף הזה לגרף מניסוי 1. מה השפיע יותר על כוח האלקטרומגנט — כפילת הליפופים או כפילת הסוללות?
השוו את תחזית הסימולטור לתוצאה האמיתית עם 2 סוללות:
ענו על 3 שאלות המסכמות את שני הניסויים שביצעתם.
1️⃣ מה השפיע יותר על כוח האלקטרומגנט — הגדלת מספר הליפופים או הגדלת מספר הסוללות? הסבירו לפי הנתונים שלכם.
2️⃣ מה קרה בקבוצת הביקורת (ללא זרם)? האם המסמר משך אטבים גם ללא חשמל? מה זה אומר?
3️⃣ איך תחזיות הסימולטור שלכם השתוו לתוצאות האמיתיות? מה גרם להבדלים?
מכונת MRI מכילה אלקטרומגנט ענקי עם אלפי ליפופי על-מוליך. השדה החזק מיישר את הפרוטונים בגוף ומאפשר צילום רקמות ללא קרינה. בלי העיקרון שחקרתם — אין אבחון מוקדם של גידולים.
רכבות מגלב (כמו ה-Maglev היפני) מרחפות מעל הפסים בזכות אלקטרומגנטים חזקים. ככל שיש יותר ליפופים וזרם חזק יותר — כוח הרחיפה גדל ומהירות הרכבת מגיעה ל-600 קמ"ש.
במפעלי מחזור, אלקטרומגנטים גדולים מופעלים ומכובים חשמלית כדי למשוך ולשחרר פחיות מתכת. כמה ליפופים וסוללות יצטרכו לפי מה שגיליתם?
העבירו את הממצאים, הגרפים והמסקנות שלכם לפוסטר החקר המדעי הרשמי.
השתמשו בנתונים משני הניסויים שביצעתם.