1.3 Käämi
Käämin magneettikenttä
Yksittäisen virtajohtimen synnyttämä magneettikenttä on usein heikko. Kun monta virtajohdinta kulkee vierekkäin, tai yhtä virtajohdinta kääritään silmukalle, vierekkäisten johdinten magneettikentät vahvistavat toisiaan. Käämi on komponentti, jossa virtajohdin on kierretty silmukoiksi. Käämi synnyttää yksittäistä johdinta voimakkaamman magneettikentän, kun siinä kulkee sähkövirta.
Kun käämissä on sähkövirta, synnyttää johtimen osa magneettikentän, joka suuntautuu oikean käden säännön mukaisesti johtimen ympärille. Johtimen päällekkäisistä silmukoista muodostuu käämin sisälle yhdensuuntainen ja likimäärin homogeeninen magneettikenttä.
Magneettikenttä käämin sisällä on sen pituusakselin suuntainen. Kentän suunta määräytyy virran kiertosuunnan perusteella. Magneettikenttää kuvaava käämin oikean käden sääntö on esitetty alla olevassa kuvassa. Käämin oikean käden säännössä sormet ilmaisevat virran kiertosuunnan ja peukalo kentän suunnan käämin sisällä. Käämin päihin muodostuu magneettinen etelä- ja pohjoiskohtio, jolloin peukalo osoittaa käämin pohjoiskohtion puolen. Käämin johtimien ympärillä kenttä on pyörteinen, mutta yksinkertaistettuna kenttä voidaan rinnastaa sauvamagneetin kenttään.
Käämi magneettikentässä
Yllä olevan kuvan mukaisessa tilanteessa eri sivuihin kohdistuvien voimien suunnat päätellään johtimen oikean käden säännöllä. Vastakkaisiin sivuihin kohdistuvat voimat ovat vastakkaissuuntaiset. Johtimeen kohdistuvan voiman suuruus noudattaa kaavaa [[$ F=IlB $]]. Koska silmukassa kulkeva sähkövirta on jokaisessa sivussa sama ja magneettivuon tiheys on vakio, kohdistuu vastakkaisiin sivuihin yhtä suuret voimat. Silmukkaan kohdistuva kokonaisvoima on nolla.
Tilanne on erilainen, jos johdinsilmukka ei ole kenttään nähden kohtisuorassa. Vaikka kokonaisvoima on nolla, silmukkaan kohdistuvien voimien momenttien summa ei ole nolla. Alla olevan kuvan mukaisesti kahteen vastakkaiseen sivuun kohdistuvilla voimilla on saman suuntainen momentti käämin keskellä sijaitsevan pyörimisakselin suhteen. Momentin vuoksi käämi pyrkii kääntymään niin, että sen oma magneettikenttä on ulkoisen kentän suuntainen. Tämä vastaa yllä esitettyä tasapainotilannetta.
Johdinsilmukkaan magneettikentässä kohdistuva momentti
Kun johdinsilmukassa on sähkövirta, siihen kohdistuu magneettikentässä momentti. Momentin suuruus riippuu silmukan asennosta magneettikentässä. Momentti pyrkii kääntämään silmukkaa siten, että sen magneettikenttä on ulkoisen kentän suuntainen, jolloin silmukkaan kohdistuvan momentin suuruus on nolla.
- Johdinsilmukan kentän suunnan voi päätellä käämin oikean käden säännön mukaisesti.
Tasavirtamoottori
Sähkömoottori synnyttää liikettä sähkövirran avulla. Tasavirtamoottorissa tuotetaan voima, joka kohdistaa silmukkaan momentin. Jatkuvan pyörimisliikkeen vaatimuksena on, että silmukkaa pyörittävä momentti ei vaihda suuntaansa. Tämä on mahdollista toteuttaa esim. muuttamalla sähkövirran suuntaa silmukassa puolen kierroksen välein. Suunnan vaihtajaa kutsutaan kommutaattoriksi.
Kuvan tasavirtamoottorissa sähkövirta kulkee myötäpäivään. Vasemman- ja oikeanpuoleinen sivu ovat kohtisuorassa magneettikentän suuntaan nähden. Vasemmanpuoleisessa silmukan sivussa sähkövirta kulkee katsojasta poispäin ja oikeanpuoleisessa sivussa katsojaa kohti. Näissä silmukan sivuissa virtojen suunnista syntyvät voimat siten, että vasemmanpuoleisessa sivussa voima on ylöspäin ja oikeanpuoleisessa sivussa alaspäin. Voimien aiheuttamat momentit ovat pyörimisakseliin nähden samansuuntaiset ja silmukka kääntyy. 
Puolen kierroksen jälkeen vasemmanpuoleinen sivu on oikealla ja oikeanpuoleinen vasemmalla. Kommutaattori saa aikaan sen, että alunperin vasemmanpuoleisessa sivussa tasoon sisälle kulkenut virta vaihtaa suuntaansa. Samoin käy oikeanpuoleisessa sivussa. Koska virtojen suunnat muuttuvat, vaihtuu sivuun vaikuttavan voiman suunta myös puolen kierroksen välein. Voima kohdistuu aina vasemmalla puolella olevaan silmukan sivuun ylöspäin ja oikealla puolella olevaan sivuun alaspäin. Koska voimien suunnat pysyvät samoina silmukan pyöriessä, silmukkaan kohdistuva kokonaismomentti kääntää silmukkaa aina samaan suuntaan ja silmukan pyörimisliike on jatkuvaa.
Pysähdy pohtimaan
Esimerkkejä
Esimerkki 1
Silmukka on magneettikentässä, jonka magneettivuon tiheys on 0,056 T. Silmukassa kulkee sähkövirta 2,4 A. Silmukan korkeus on 15 cm ja leveys 12 cm. Silmukka pääsee pyörimään akselin A ympäri.
- Mikä on silmukan asento, jossa momentti on suurin?
- Kuinka suuri momentti silmukkaan suurimmillaan kohdistuu?
- Mitä tapahtuu magneettisen voiman ja silmukkaa pyörittävän momentin suuruudelle silmukan kiertyessä akselin A ympäri?
