מושגי יסוד

ההגדרה הפשטנית של וקטור היא "ישות בעלת גודל וכיוון". כאשר תוכלו להצביע על כיוון במרחב של גודל מסוים, זהו וקטור. דוגמא לגדלים המיוצגים ע"י וקטור הם מהירות, תאוצה, תנע, כוח עוד.

וקטור מסומן באופן הבא:

שרטוט 1: סימון וקטורים

שני הוקטורים המתוארים בשרטוט הם a ו- b (או AB ו- CD). לשני הוקטורים אותו כיוון במרחב, והאורך של וקטור b הוא בדיוק חצי מהאורך של וקטור a. המשמעות היא שהגודל של הוקטור a הוא כפול מהגודל של וקטור b. כלומר, אם הוקטורים מייצגים מהירות והגודל של וקטור a הוא 100 קמ"ש, אז הגודל של וקטור b הוא 50 קמ"ש.

כאשר הוקטורים ייצגו כוח או גודל פיסיקלי אחר, לעתים הסימון יהיה ללא החץ, ובצמוד למערכת צירים, כפי שניתן לראות בשרטוט מטה המייצג את הכוחות הפועלים על מטוס.

שרטוט 2: הכוחות הפועלים על כלי טיס

ניתן לחבר ולפרק וקטורים באופן גרפי. קל לעשות זאת בייחוד כאשר מדובר בוקטורים שראשיתם בראשית מערכת הצירים. לדוגמא, בשרטוט 3 (בעמוד הבא) אנו רואים חיבור של שני הוקטורים Fa ו- Fb אל הוקטור F. בשלב ראשון אנו מניחים את הוקטורים על מערכת הצירים וקובעים ציר X ו-Y. לאחר מכן נניח קוי עזר מקבילים לצירים שיעזרו לנו להבין את נקודת החיתוך, נשרטט את הוקטור F בין ראשית הצירים לנקודת החיתוך בין קוי העזר, ולבסוף ,נסמן על הוקטורים Fa ו- Fb קוים המסמנים שמחקנו את הוקטורים הללו.

​

חיבור בשלושה שלבים: (1) הוספת קוי עזר, (2) חיבור הוקטור ולבסוף (3) סימון קוים המבטלים את הוקטורים שחוברו.

שרטוט 3: פירוק וחיבור וקטורים

סקלאר הוא גודל פיסיקלי ללא כיוון. כאשר מדובר בגודל שלא תוכלו להצביע על הכיוון שלו (לדוגמא, נפח, טמפרטורה או מסה) מדובר יהיה בסקלר.

תזכורת קצרה מהתיכון (למי ששכח), או בסיס למי שלא מכיר. סינוס (Sinus) וקוסינוס (Cosinus) הן נוסחאות המתארות קשר בין הצלעות במשולש ישר זווית (במילים אחרות: הן פונקציות טריגונומטריות). אנחנו משתמשים בהן כדי לקבוע ערך הרכיבים של וקטור מסוים (כמו מהירות, תאוצה או כוח).

חשוב שתכירו את הקשרים סינוס וקוסינוס, כפי שהם מוגדרים כאן:

לחץ הוא גודל פיסיקלי (סקלר) המייצג כוח המופעל על יחידת שטח (הנוסחה הפיסיקלית P=F/A).
כאשר הלחץ קבוע, ככל שהשטח עליו פועל הכוח קטן יותר, כך הלחץ גדל.

כאשר מדובר בלחץ אוויר, הלחץ פועל לכל הכיוונים ומופעל בניצב לכל גוף בו נמצא האוויר.

טמפרטורה היא מדד לרמת התנועה של חלקיקים, ובעצם מהווה מדד לאנרגיה הקינטית של החלקיקים.

שינוי רצוף של מקום בתוך מערכת ייחוס (במהלך זמן).

כאשר אנו אומרים על איזשהו גוף שהוא "נע ממקום למקום", אנו תמיד מתכוונים שהוא נע ביחס למשהו אחר.
לדוגמא, כאשר אנחנו נוסעים בין תל אביב לגבעתיים, הרכב נע ביחס לקרקע (כידוע, תל אביב וגבעתיים הן שתי ערים שנמצאות על הקרקע). או כאשר אנחנו יושבים באוטובוס נוסע, וזזים כיסא אחד ימינה, אנו זזים מרחק של כחצי מטר ימינה ביחס לאוטובוס (היות שהאוטובוס עצמו נע, אך אין לכך משמעות כאשר אנו מבקשים ממישהו לזוז כיסא אחד ימינה).

כלומר, כאשר אנו מתארים תנועה, התנועה היא תמיד תנועה יחסית (או במילים אחרות,

תמיד קיימת מערכת ייחוס). כנקודת ייחוס, ברוב המקרים תיתקלו במושג מישור ייחוס. מושג זה בא לתאר

מישור שבו מוגדר הכיוון החיובי, השלילי ונקודת האפס ממנה מודדים זוויות.

מרחק הוא מדד למידת שינוי המקום של גוף.
כאשר נדבר על מרחק, תמיד נזכיר באותה הנשימה את היחידות בהן מודדים מרחק.

לדוגמא, המרחק בין תל אביב לירושלים הוא 65 קילומטרים, או 40.39 מייל יבשתי (תלוי עם מי מדברים). כאשר אנשים מתארים מרחק, יהיו כאלו שישתמשו ביחידות שאינן מוגדרות או מוסכמות. לדוגמא, "המרחק עד לשם הוא בסך הכול שני רחובות", מתיאור כזה לא נוכל למדוד בדיוק את המרחק ולכן עלינו להשתמש ביחידות מוסכמות.

ישנן יחידות שנהוג להשתמש בהן בתחום הפיסיקה והאווירודינמיקה, כמו קשר, מייל ימי ועוד. ניגע באלו בהמשך.

מהירות היא מידה לתיאור קצב התנועה של גוף במרחב.
קצב שינוי המקום ביחס למקום בו התחילה תנועה הוא מהירות הגוף. אנו מודדים מהירות במרחק ליחידת זמן (קילומטר לשעה, מטר לשנייה וכד').

בפיסיקה נהוג להתייחס לשני סוגים של מהירויות. הסוג הראשון והחשוב ביותר הוא וקטור המהירות (כלומר, יחידה המורכבת מגודל וכיוון), והסוג השני הוא מהירות כסקלר (כלומר, גודל בלבד). מהירות שהיא ווקטור מכונה באנגלית Velocity (ומסומלת באות V), ומהירות שהיא סקלר מכונה באנגלית Speed.

בתעופה, ברוב המוחלט של המקרים אנחנו נשתמש בוקטור המהירות.

תאוצה היא מדד לקצב שינוי המהירות של גוף כלשהו.

במילים אחרות, תאוצה היא ערך המהירות אותו אנו מוסיפים או מפחיתים מגוף כלשהו ביחידת זמן.

לדוגמא, נבחן מקרה שבו אנו מאיצים רכב ממצב עמידה (מהירות 0), בתאוצה קבועה של 1 מטר לשנייה (או 1m/sec²). במקרה זה, בתום שנייה אחת הרכב ינוע במהירות 1 מטר לשניה, בתום שתי שניות הרכב ינוע במהירות 2 מטר לשניה, בתום 3 שניות במהירות 3 מטר לשניה וכך הלאה. כלומר, בתאוצה של 1 מטר לשניה, אנו מוסיפים למהירות הרכב מטר לשניה אחד.

כמו המהירות, גם תאוצה היא ווקטור, ומסומנת באנגלית באות acceleration) a ).

כוח הוא הגורם לתאוצה של גוף.

כאשר אנו מפעילים כוח על גוף כלשהו, אנו גורמים לגוף לשנות את תנועתו (או צורתו).

כלומר, כאשר מדובר בגוף עומד כלשהו, ללא כוח לא תיווצר תאוצה, וללא תאוצה לא תיווצר מהירות וכך הלאה. נהוג לסמן כוח באותF (Force). היחס בין כוח לתאוצה מוגדר בחוק השני של ניוטון: מכפלת המסה בתאוצה שווה לכוח המופעל (או בצורה מתמטית: F = ma).

מסה היא מדד להתנגדות הגוף לשינוי מצבו.

הגדרת המסה כפי שהיא מופיעה כאן פחות אינטואיטיבית מאשר ההגדרות האחרות המופיעות בפרק זה.

אנו מודדים ביומיום את כוח המשיכה של כדור הארץ הפועל על גופים שונים, וטועים לחשוב שמדובר במסה.

לדוגמא, אדם אחד כבד יותר, או שוקל יותר מאדם אחר רק בגלל שכוח המשיכה (של כדור הארץ) הפועל עליו הוא גדול יותר. אנחנו מודדים את כוח הכובד הפועל על הגופים השונים, ומאחר ואנו יודעים את ערך תאוצת הכובד (10 m/s2) , אנו יכולים לחשב את המסה על ידי שימוש בחוק השני של ניוטון.

נהוג לסמן מסה באות האנגלית m. מ(mass)

מכפלת הכוח במרחק.

כלומר, המדד לכוח שפעל על גוף כלשהו לאורך מרחק מסוים. לדוגמא, אם גוף נע מרחק של מטר בהשפעה של כוח בן קילוגרם אחד, בוצעה עבודה במידה של קילוגרם מטר אחד.

כמות העבודה (או אנרגיה) המתקבלת ביחידת זמן.

המידה הנהוגה למדידת הספק היא ואט, שבעצם מייצג ג'ול לשנייה (Joule/sec = Watt).

ג'ול (או ג'אול) היא מידה לאנרגיה, ומייצגת את כמות האנרגיה הנדרשת להפעלת כוח של ניוטון אחד למרחק של מטר אחד.

מכפלת הכוח באורך הזרוע, כאשר הכוח מופעל סביב ציר סיבוב.

באופן אינטואיטיבי, מומנט הוא הכוח הפועל סביב ציר סיבוב.
לדוגמה, אם נפעיל כח של 1 ניוטון על מפתח שוודי באורך 30 ס"מ ההשפעה על המפתח תהיה זהה למקרה בו היינו מפעילים כח של 3 ניוטון על מפתח באורך 10 ס"מ.

כמות העבודה שכוח יכול לבצע.

ישנם סוגים רבים של אנרגיה, אך אנו נשתמש בשני סוגים עיקריים: אנרגיה פוטנציאלית ואנרגיה קינטית.

כאשר מדובר באנרגיה פוטנציאלית של גוף, משמעות המונח הוא העבודה שיבצע הגוף במידה ונשחרר אותו.

לדוגמא, כאשר אנו מפילים כדור מגובה כלשהו, הוא נע למרחק מסוים ומבצע עבודה בגלל כוח הכבידה הפועל עליו, ולכן מדובר באנרגיה פוטנציאלית של כוח הכבידה.

צורה שניה של אנרגיה היא אנרגיה קינטית, כלומר העבודה שאצורה בגוף הנע בגלל המהירות שבה הוא נע.

לדוגמא, כאשר רכב נע במהירות מסוימת, ומתנגש ברכב אחר, כמות העבודה שהרכב יבצע מתוקף היותו במהירות מסוימת היא האנרגיה הקינטית האצורה בו.

החוק הראשון (חוק ההתמדה) – חוק שקובע שגוף יתמיד במצבו (במהירות ובכיוון התנועה) כל עוד לא הופעל עליו אף כוח. כלומר, כאשר מדובר בכלי טיס שטס במהירות קבועה, לא פועל עליו אף כוח, או שפועלים עליו כוחות המנוגדים זה לזה כך שסכומם יהיה שווה ל-0.

החוק השני – החוק השני של ניוטון, שכבר נגענו בו קודם לכן, הוא חוק המתאר את הקשר המתמטי בין ערכי המסה והתאוצה של גוף, וע"י כך מגדיר מהו כוח. ניוטון קבע שמכפלת המסה בתאוצה שווה לכוח המופעל (או בצורה מתמטית: F = ma).

החוק השלישי (חוק הפעולה והתגובה) – לכל פעולה של גוף אחד על גוף אחר קיימת תגובה של כוח השווה לו בעוצמתו ומנוגד בכיוונו. כלומר, כאשר רכב כלשהו מתנגש בקיר ומפעיל עליו כוח, אותו קיר מפעיל כוח מנוגד באותו הערך על הרכב (וזה הגיוני, שכן אם הכוח היה פועל בכיוון אחד בלבד רק הקיר היה נפגע!).

כוח שקול הוא מושג המתאר את אוסף הכוחות הפועלים על גוף בכיוונים שונים.
במידה ויותר מכוח אחד פועל על גוף, אוסף הכוחות יגרום בסופו של דבר לתנועה בכיוון אחד ספציפי (לדוגמא, בפנייה שקול הכוחות אינו 0 מאחר ותמיד מתרחשת תנועה לכיוון מרכז המעגל).
במידה ופועלים כוחות שונים המבטלים זה את זה, אנו אומרים שהכוח השקול שווה ל-0.

סכום האנרגיות במערכת סגורה כלשהי נשאר קבוע.

ישנם סוגים שונים של אנרגיה: אנרגיה פוטנציאלית, אנרגיית תנועה, אנרגיה של קול, אנרגיה של זרם חשמלי ועוד. חוק שימור האנרגיה קובע שאנרגיה לא נוצרת או נעלמת, ומגדיר את הקשר בין האנרגיות השונות.

במילים אחרות, שינוי האנרגיה במערכת סגורה יתבטא רק בשינוי צורת האנרגיה ולא בכמות האנרגיה.

לדוגמא, כאשר אנו משחררים כדור שנמצא בגובה של 300' (שלוש מאות רגל, או כ100 מטרים), האנרגיה הפוטנציאלית של הגובה תהפוך לאנרגיה קינטית ותקנה לו מהירות.

אטומים (והחלקים מהם הם עשויים) הם אבני הבניין של כל החומרים בטבע.

חשוב שנכיר את המבנה הבסיסי של האטום כדי שנוכל להבין מושגים כמו "זרם חשמלי" או "מגנט".

אטומים עשויים משלושה חלקיקים:

אלקטרון – חלקיק בעל מטען חשמלי שלילי, הנע במסלול המקיף את גרעין האטום.
פרוטון – חלקיק בעל מטען חשמלי חיובי (זהה והפוך לזה של האלקטרון), הנמצא בגרעין האטום.
נייטרון – חלקיק שאינו טעון חשמלית, שנמצא בגרעין האטום.

באטום (באופן בסיסי ופשטני), כמות האלקטרונים הפרוטונים והנייטרונים זהה, וההבדל בין החומרים השונים הוא במספר של אלו. לאטום טעון קוראים "יון", והוא בעצם מייצג את כמות האלקטרונים ביחס לפרוטונים (יותר אלקטרונים = מטען שלילי, יותר פרוטונים = מטען חיובי).

שרטוט 5 : אטום ליתיום

​

כפי שהזכרנו קודם, ההבדל בין יסודות שונים הוא בעצם כמות האלקטרונים, הפרוטונים והנייטרונים.
לדוגמא, לאטום ליתיום יהיו שלושה (אלקטרונים, פרוטונים וניוטרונים) ולכן המספר האטומי שלו הוא 3.
המספר האטומי של מימן הוא 1, של זרחן הוא 9, של אשלגן 19, של זהב 79, של אורניום 92 וכך הלאה עד ליסוד אוגאנסון שהוא היסוד הכבד ביותר הידוע לאדם, ומספרו האטומי 118.

מולקולה (או בעברית פְרֻדָה) היא בעצם חומר המורכב משני אטומים או יותר הקשורים בקשרים כימיים.

לדוגמא, הרבה מאוד מהחומרים בטבע הם חומרים אורגניים, כלומר, חומרים העשויים מפחמן ומימן, וביניהם פולימרים (שיוזכרו בהמשך) שהם בעצם שרשראות ארוכות מאוד של אטומי פחמן ומימן.

כתוצאה מהפעילות החשמלית נוצר סביב כל אטום או מולקולה שדה מגנטי המפעיל כוח על מגנטים וזרמים חשמליים, והכח המגנטי הוא בעצם התוצאה של החיבור הוקטורי של כל השדות המגנטיים הנוצרים מהמטענים החשמליים של הפרוטונים והאלקטרונים באטום או במולקולה (הסבר נוסף בערך "מגנט ואלקטרומגנט").

זרם חשמלי הוא מדד לתנועה של מטען חשמלי.

באופן אינטואיטיבי, אם זרם מים הוא תנועה של טיפות מים ממקום למקום, אפשר לחשוב על זרם חשמלי כזרימה אלקטרונים מנקודה לנקודה. ישנם שני סוגים של זרם חשמלי בהם אנחנו משתמשים:

זרם ישר (DC) – זרם שבו האלקטרונים זזים במגמה קבועה, בכיוון אחד בלבד. זרם כזה ניתן להפיק מסוללות ומתאים סולאריים.

זרם חילופין (AC) – זרם שבו כיוון הזרימה הופך את כיוונו בתדירות כלשהי. היתרון המשמעותי של זרם חילופין הוא הפסדי אנרגיה פחותים כאשר מעבירים חשמל בקוים ארוכים.

זרם חשמלי מודדים באמפר (Amper או Ah).

ההפרש בפוטנציאל החשמלי בין שתי נקודות במרחב.

במילים אחרות, ההפרש באנרגיה הפוטנציאלית בין שתי נקודות. אנלוגיה טובה לפעולת זרם ומתח חשמלי זרם חשמלי היא מערכת של מיכל מים על עמוד עם ברז מים המרוקן אותו בקצב קבוע אל הקרקע. ברגע שנרצה לרוקן את המיכל, זרם המים יהיה קבוע ולא ישתנה גם במידה ויהיה שינוי בגודל המיכל, אך האנרגיה הפוטנציאלית של הטיפות תגדל ככל שהמיכל יהיה גבוה יותר. לדוגמא, בשרטוט 6 (למטה) לטיפות הנופלות מהברז במיכל 2 אנרגיה פוטנציאלית גבוהה יותר מאשר אלו הנופלות ממיכל 1. ולכן בהשאלה למתח חשמלי, המתח V2 יהיה גדול יותר מאשר המתח V1.

שרטוט 6: מתח חשמלי

​

מתח חשמלי מודדים בוולט (Volt או V), ובגלל הפרש הפוטנציאל החשמלי בין שתי נקודות נוצרת האנרגיה המאפשרת יצירת זרם חשמלי. או כדי לחדד, אם אין מתח חשמלי לא יהיה זרם.

סוללה או מצבר חשמלי הוא מתקן לייצור זרם ישר.

הסוללות בהן אנחנו נוגעים בעולם התעופה מורכבות בדרך כלל מתאים כימיים בהם לחומר אחד פוטנציאל חשמלי גדול מחומר אחר, כשהמעגל החשמלי נסגר ביניהם.

סוללה היא סדרה של תאים חשמליים, ובכל תא חשמלי יש ארבעה מרכיבים עיקריים:

קתודה – הקוטב החיובי, בו נקלטים אלקטרונים מהמעגל החשמלי (תהליך חיזור).

אנודה – הקוטב השלילי, בו נמסרים אלקטרונים למעגל החיצוני (תהליך חמצון).

אלקטרוליט – תווך המפריד בין האנודה לקטודה ומאפשר את יצירת הפרש הפוטנציאלים ביניהם.

מפריד – חומר המפריד בין האנודה לקטודה ומונע מעבר אלקטרונים כאשר אין הפרש מתח מספק.

את האנודה והקטודה מייצרים ממתכות שונות ובעלות הפרש פוטנציאל ביניהן. במילים אחרות, כאלו שנוטות לשחרר או לקלוט אלקטרונים, על פי התפקיד הנדרש. תפקיד האלקטרוליט הוא לאפשר יצירת תגובה כימית עם האנודה והקתודה ומכאן יצירה של זרם חשמלי (כאשר מחברים את האנודה לקתודה), ותפקיד המפריד הוא למנוע מעבר אלקטרונים מהאנודה לקטודה כאשר התא אינו מחובר לצרכן.

שרטוט 7: מבנה סוללה

ישנם סוגים רבים של תאים, העשויים ממתכות שונות.

​

להלן כמה דוגמאות שאתם אולי מכירים:

אבץ פחם
האלקטרודות עשויות אבץ ומנגן דו חמצני, והאלקטרוליט הוא תערובת של אמוניום כלוריד ואבץ כלוריד.

אלקליין
האלקטרודות עשויות מנגן ואבץ, והאלקטרוליט הוא בסיס חזק (במובן הכימי, בדיוק כמו אקונומיקה חזקה).

ליתיום יון (Li-ion)
הסוללה מורכבת מקתודת LiCoO2 ומאנודת גרפיט והאלקטרוליט הוא מלח ליתיום (החלק הדליק בסוללה).

ניקל ברזל (NiFe)
האלקטרודות עשויות מתחמוצת ניקל אוקסידי וברזל, והאלקטרוליט הוא אשלגן הידרוקסיד.

ישנן שתי דרכים לחבר את התאים לסוללה: חיבור בטור וחיבור במקביל.

כאשר אנו בונים סוללה ומחברים תאים בעלי מתח זהה במקביל, המתח החשמלי של הסוללה יהיה זהה למתח של התאים אך הקיבולת תגדל (פירוט על המשמעות של קיבולת בהמשך). כאשר אנו מחברים תאים בטור, המתח החשמלי יצטבר לכלל סכום המתחים.

כך לדוגמא, אם התא הבסיסי בשרטוט 8 הוא בערך של 1.2 וולט, המתח בסוללה השמאלית יהיה 1.2 וולט, ובימנית 3.6 וולט.

שרטוט 8 : חיבור סוללות בטור (מימין) ובמקביל (משמאל)

כאשר אנו משתמשים בסוללה אנו צורכים בעצם זרם חשמלי במתח מסויים. ברגע שנתחיל להפעיל צרכני זרם, המתח החשמלי של התא והסוללה כולה יתחיל בערך גבוה ביחס למתח המוצהר על התא או על הסוללה וירד עם השימוש (לדוגמא, תא Li-ion שהמתח המצוין עליו הוא 3.7V יתחיל לפעול ב4.2V ויסיים בכ3V). תופעה זו נכונה לכל סוללה. מאחר ואופן הפריקה של סוללות שונות משתנה, נוכל לדעת לפי סוג הסוללה כיצד נראה המתח לאורך זמן, וזה ישמש אותנו בטיסה ולהבנה של רמת הטעינה של הסוללה ולפיכך נוכל לשער כמה זמן נשאר לטיסה ועוד.

בתמונה המצורפת ישנו גרף חלקי בו תוכלו לראות את התופעה בסוללות שונות.

שרטוט 9: גרף פריקה של סוללות שונות

קיבולת האנרגיה של סוללה היא יחידה המייצגת את כמות האנרגיה הקיימת בסוללה, ובעזרתה ובעזרת הזרם החשמלי אותו אנחנו צורכים נוכל לחשב את הזמן שבו הסוללה תוכל לספק עבורנו אנרגיה.

קיבולת נמדדת ביחידות של מטען חשמלי – Ah (אמפר שעה) או mAh (מיליאמפר שעה).
מיליאמפר שעה היא יחידה המייצגת אלפית אמפר שעה, כלומר 1 Ah = 1000 mAh.

כאשר נרצה לחשב זמן שימוש בסוללה, נחלק את צריכת הזרם בקיבולת הסוללה.

דוגמא א'
בצריכה של 4 אמפר, סוללה של 8Ah תספיק לנו לשעתיים.

החישוב: 8Ah / 4A = 2h.

דוגמא ב'
בצריכה של 8 אמפר סוללה של 2500mAh תספיק לנו ל18.75 דקות.

החישוב כאן מתבצע בשני שלבים:

8000mA / 2500mAh = 0.3125h [חישוב הזמן הנדרש. שימו לב להמרת היחידות ממיליאמפר לאמפר]
0.3125 * 60 = 18.75 [הכפלה בכמות בדקות בשעה, או המרה מבסיס עשרוני לבסיס 60]

מגנט הוא גוף או חפץ בעל שדה מגנטי.

שדה מגנטי הוא תכונה של מרחב כלשהו להפעיל כוח על חומר מגנטי או זרם חשמלי. שני מגנטים הנמצאים קרוב אחד לשני יפעילו כוח אחד על השני (יתקרבו או יתרחקו). זרם חשמלי הנמצא בשדה מגנטי יושפע מהשדה (יקטן או יגדל) וישפיע על השדה וכך הלאה.

מגנט הוא בעצם חומר המאפשר סידור של האטומים בו כך שהשדות המגנטיים של כלל האטומים יפעלו באותו הכיוון, והאופן שבו מייצרים מגנט הוא ע"י סידור של האטומים במולקולה כך שהחיבור הוקטורי של המטענים החשמליים יצביע לאותו הכיוון.

שרטוט 10: מגנט קבוע

למגנט קוטב צפוני (N, צבוע באדום) וקוטב דרומי (S, צבוע בכחול). וקטור השדה המגנטי במגנט הוא מהקוטב הדרומי לצפוני, וע"י מיפוי הקטבים נוכל לחזות את הכוחות שיצור המגנט וישפיעו על עצמים ו/או על זרם חשמלי בסביבת המגנט. באופן כללי, קוטב דרומי יטה להתחבר לקוטב צפוני ולהפך.

אלקטרומגנט הוא מגנט הנוצר בעזרת זרם חשמלי המועבר מסביב לחומר המאפשר יצירת מגנט.
זרם חשמלי הוא תנועת אלקטרונים בין אטומים שונים, ומאחר ותנועת אלקטרונים היא בעצם תנועה של מטען חשמלי, נוצר שדה מגנטי כתוצאה מהתנועה. כיוון האלקטרומגנט (מיקום הקטוב הצפוני או הדרומי) יהיה קשור אך ורק לכיוון הליפוף של הסליל על החומר המתמגנט.

שרטוט 11: אלקטרומגנט

מנוע חשמלי הוא מכונה הממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית, כאשר עיקרון הפעולה מבוסס על כוחות משיכה ודחייה הנוצרים בעזרת יצירת אלקטרומגנט. מבחינה חשמלית, לחלקים במנוע הנושאים זרם ויוצרים כוח ע"י שינוי הקוטביות קוראים עוגן (Armature), וכל שאר חלקי המנוע נקראים שדה או מגנט שדה
(Field או field Magnet).

מבחינה מכנית, למנוע חשמלי שני חלקים:

סטטור (Stator) – כל החלקים הסטטים במנוע. מגנטים קבועים במקומם, המסודרים בכיוונים מנוגדים. ניתן להשתמש במגנט קבוע, אך ברוב המוחלט של המקרים מדובר באלקטרומגנט קבוע במקום.

רוטור (Rotor) – כל החלקים הנעים במנוע. ציר העובר בתוך הסטטור, עליו מלופפים סלילים היוצרים שדה אלקטרומגנטי קבוע או משתנה (לפי סוג המנוע).

ישנם מנועים חשמליים מסוגים רבים ושונים, המבוססים על זרם ישר וחילופין, בעלי השראה מגנטית קבועה או משתנה ועוד משתנים רבים. המנוע החשמלי הנפוץ בכלי טיס קטנים הוא מנוע חשמלי מבוסס זרם ישר (DC) בעל קוטביות המשתנה לאורך מחזור הפעולה של המנוע (המינוח באנגלית הוא Universal Motor).

את עיקרון הפעולה של המנוע נדגים באמצעות שרטוט 12. הסלילים ברוטור מחוברים לציר הסיבוב של המנוע באמצעות מברשות המחברות את הסלילים לזרם החשמלי, כאשר כל צד ברוטור מחובר לצד אחר של הציר (Axle). בשלב 1 אנו רואים את המחלף (Commutator) והמברשות מחוברות עליו באופן היוצר קטבים מנוגדים (צפון / דרום) הנמשכים אחד לשני, כך שנוצר מומנט לתנועה סיבובית ימינה (בכיוון החץ). כפי שתוכלו לראות בשרטוט 2, מיד לאחר הגעה לנקודה בה הרוטור מיוצב מול הסטטור (N מול S ולהפך), המגעים במברשות מתחלפים כך שצפון הופך לדרום ודרום הופך לצפון. מצב זה יוצר כוחות דחייה הממשיכים את מומנט הסיבוב ימינה, וחוזר חלילה. ככל שהזרם העובר במנוע גדול יותר, כך גם הכוח המופעל על הציר יהיה גדול יותר.

שרטוט 12: מנוע חשמלי

​

כאשר המנוע אינו כולל מברשות (Brushless) יותקן במקום זאת מעגל ממוחשב (Electric Speed Controller) ההופך את קוטביות הרוטור לפי מיקומו ביחס לסטטור בעזרת חישני מיקום או השראה מגנטית. מנוע ללא מברשות יעיל יותר, דורש פחות תחזוקה ולרוב עמיד יותר, שכן המנגנון כולל פחות חלקים נעים.

• מהו וקטור?
• מהו סקלר?
• קבע לגבי כל מושג האם הוא וקטור או סקלר: מהירות, טמפרטורה, מרחק, כוח, לחץ.
• מה המשמעות של סינוס, קוסינוס וטנגנס הזוית?
• מהי ההגדרה של לחץ?
• מהי ההגדרה לטמפרטורה?
• מהי ההגדרה למהירות?
• מהי ההגדרה לתאוצה?
• באילו יחידות מודדים תאוצה?
• מהי תאוצת כדור הארץ?
• מהו כוח, ומהו כוח שקול?
• מהי מסה?
• מהי עבודה?
• מהו הספק?
• מהו מומנט?
• מהי אנרגיה ומהו חוק שימור האנרגיה?
• מהם חוקי ניוטון?
• אילו חלקיקים יש באטום?
• אילו סוגי זרם חשמלי אנו מכירים?
• מהו מתח חשמלי?
• מאילו חלקים מורכב תא חשמלי (חלק מסוללה)?
• בסוללה, מה ההבדל בין חיבור תאים בטור ובמקביל?
• מהי קיבולת סוללה?
• אם יש לי סוללה עם קיבולת של 6Ah ואני צורך ממנה זרם של A18, לכמה זמן תספיק הסוללה?
• אם יש לי סוללה עם קיבולת של 3Ah ואני צורך ממנה זרם של 3mA, לכמה זמן תספיק הסוללה?
• אם יש לי סוללה עם קיבולת של 2200mAh ואני צורך ממנה זרם של 9A, לכמה זמן תספיק הסוללה?
• מהי קוטביות מגנט?
• מהו אלקטרומגנט?
• מאילו חלקים מורכב מנוע חשמלי?
• כיצד פועל מנוע חשמלי?
• מה ההבדל בין מנוע חשמלי עם ובלי מברשות?