יתכן שהעולם היה מסוגל להסתדר גם בלי מנועים חשמליים, ולהיעזר במקומם במנועי שריפה פנימית של דיזל או בנזין, או מנועי קיטור; עם זאת, ישנם יתרונות בולטים למנוע החשמלי, לרבות: משקל קל, מימדים קטנים, פשטות, אמינות ניקיון, ואספקה קלה של אנרגיה הנדרשת להפעלה. מנועים חשמליים בימינו מיוצרים בגדלים הנעים מגודל בית קטן – להפעלת גשרים מתרוממים או משאבות מים, ועד למנועים זעירים שאינם נראים בעין בלתי-מזוינת (פיתוח ננוטכנולוגי) אז איך מנוע חשמלי פועל -אחת ולתמיד?
כיצד יכול חשמל לדחוף או למשך משהו? חשמל הוא אמנם חסר משקל, אך בעל יכולת אדירה. תנועת אלקטרונים בזקם חשמלי מביאה ליצירה שדה אלקטרומגנטי הגורם לתנועת אלקטרונים אחרים ומשפיע גם על מגנטים. זוהי מעין פעולה מרחוק – כוח אלקטרומגנטי המנוצל על-ידי המנוע החשמלי. זרם הזורם בתיל המצוי של השדה המגנטי יוצר כוח אלקטרוני מגנטי הפועל בניצב לכיוון הזרם. התיל במנוע ממוקם על ציר כך שאותו כוח גורם לציר ולתיל להסתובב. שדה מגנטי נוצר בידי תיל אחר, שהזרם שבו יוצר שדה מגנטי.
איך מנוע חשמלי פועל?
אם נשתמש בשדה מגנטי קבוע לסיבוב של מסגרת תיל שדרה זורם זרם קבוע, נגלה כנראה כי פועל על המסגרת כוח המתאפס פעמיים במשך הסיבוב. סיבוב חפשי של מסגרת התיל הציר מאפשר התאפסות של הכוח הפועל עליה – שיביא לעצירה או התנודדות שלה. על-מנת לתחזק את הסתובבות מסגרת התיל, יש לגרום להיפוך של כיוון השדה המגנטי או כיוון הזרם בתיל – זאת על-ידי הפיכה של כיוון הזרם פעמיים במהלך הסיבוב. במידה שהשדה המגנטי נוצר בידי אלקטרו-מגנט, ניתן להפוך את הכיוון.
קל להבין מדוע על תזמון היפוך הזרם להיות מדויק. ניתן לבצע זאת באמצעות זרם חליפין או היפוך כיוון הזרם שבמסגרת – בתזמון הנכון.
ההיסטוריה שמאחורי…
הפיסיקאי הדני אוורסטד גילה ב-1820 שזרם חשמלי יוצר סביבו שדה מגנטי. המדען האמריקני ג’וזף הנרי גילה לאחר מכן את הזרם שזורם בתיל מוליך והשדה המגנטי הפועל עליו – ופיתח את המנוע החשמלי בשנת 1829. עוד גילה הנרי (במקביל למייקל פאראדיי), שהזרם החשמלי מקבלה השראה בתיל מוליך שמועבר דרך שדה מגנטי (עיקרון הדינאמו).
