אנו מסבירים מהו זרם חשמלי ומהי עוצמת החשמל. כמו כן, סוגי הזרם החשמלי והשפעותיהם.
מה זה חשמל
זרם חשמלי נקרא זרימה שלמטען חשמלי דרך חומר מוליך, עקב ה תְזוּזָה של האלקטרונים המקיפים את גרעין ה אטומים שמרכיבים את הנהג.
התנועה הזו שלחלקיקים מתחיל ברגע שמופעל מתח חיצוני על קצוות המוליך, כגון א סוֹלְלָה, לדוגמה. מתח זה יוצר א שדה חשמלי על אלקטרונים שבעלי מטען שלילי נמשכים אל הטרמינל החיובי.
כדי להעבירו, הזרם החשמלי מצריך חומרים שיש להם מכסה גדולה של אלקטרונים חופשיים, כלומר נמצאים במסלולם האחרון סביב הגרעין, ולכן הם מסוגלים לנוע כיוון שהם נמשכים אליו פחות חזק.
במובן זה, ניתן להבדיל בין חומרים מוליכים, מוליכים למחצה ומבודדים, על פי יכולתם להעביר זרם חשמלי (טוב, מעט ואין, בהתאמה).
הניסויים הראשונים עםחַשְׁמַל הם היו במאה השמונה עשרה והיו להם רק מטענים חשמליים שהושגו על ידי שפשוף (סטטי) או אינדוקציה. לקח עד 1800 לבדוק את תְנוּעָה קבוע של מטען חשמלי, כאשר הפיזיקאי האיטלקי אלסנדרו וולטה המציא את הסוללה החשמלית.
עָצמָה
זהו השם שניתן לזרימת הזרם החשמלי, כלומר כמות המטען החשמלי העובר בחומר מוליך ליחידת זמן. ניתן להשוות את קצב הזרימה של זרם חשמלי לכמות של מים בנהר, מסוגל להעביר משאות ולבצע כמות עבודה.
לפיו מערכת בינלאומית (SI), עוצמה זו נמדדת בדרך כלל בקולומבים לשנייה (C/s), אשר שווה ערך לאמפר אחד (A), יחידה בסיסית בתחום החשמל ובשימוש נפוץ, שקיבלה את שמה מהפיזיקאי הצרפתי. אנדרה - מארי אמפר. מגלוונומטר או מד זרם משמשים למדידת עוצמת הזרם החשמלי.
סוגי זרם חשמלי
בהתאם לאופיו, זרם חשמלי יכול להיות ממספר סוגים:
- זֶרֶם יָשָׁר (זֶרֶם יָשָׁר). נקרא גם זרם ישר (DC), הוא מורכב מזרימה של מטענים חשמליים שלא משנה את כיוונו ב-מזג אווירכלומר, הוא מיוצר על סמך הבדל בפוטנציאל החשמלי (מתח) שהמסופי הפוטנציאל הגבוה והנמוך ביותר אינם ניתנים להחלפה. במילים אחרות, תחושת המחזור שלו תמיד זהה.
- זרם חליפין (AC). בניגוד לזרם הרציף, זהו זרם חשמלי שתחושתו וכיוונו משתנים באופן מחזורי. זרם זה מתואר מתמטי על ידי גלי סינוס ומבחינת אנרגיה הוא הרבה יותר יעיל מזרם ישר, וזו הסיבה שהוא נקלט על ידי בתים ועֵסֶק. הוא הומצא על ידי ניקולה טסלה בסוף המאה ה-19.
- זרם תלת פאזי. זרם תלת פאזי הוא הצורה הנפוצה ביותר של חשמל, והוא מורכב משלושה זרמים מתחלפים בעלי תדירות ומשרעת זהים, הניתנים בסדר מסוים ונקראיםשלבים. מערכת זו, גם תוצר של הניסויים של טסלה, היא יעילה ביותר, ולכן, הפופולרית ביותר על פני כדור הארץ.
- זרם חד פאזי. זה מתקבל על ידי לקיחת שלב בודד של הזרם התלת פאזי וחוט ניטרלי, המאפשר לנצל את ההעברה של אֵנֶרְגִיָה במתח נמוך (230 וולט). למרות שהוא נמצא בשימוש במדינות רבות מכיוון שמספיק להפעיל מכשירי חשמל, מכשירים רבים אחרים הדורשים הספק חשמלי גבוה אינם פועלים איתו.
השפעות הזרם החשמלי
כאשר ההתנגדות החשמלית של חוט מוליך קטנה מאוד, הוא מייצר חום ואור.
זרם חשמלי מציע לאנושות מספר עצום של שימושים מעשיים:
- קלורית. כאשר חום מועבר דרך חומר שמציע סיבולת כשהיא חולפת, נוצרת התנגדות (אף חומר אינו מושלם, חלקם עמידים יותר מאחרים). התנגדות זו מפזרת חום שניתן להשתמש בו לחימום חללים, בישול וכו'.
- זוֹרֵחַ. כאשר ההתנגדות החשמלית של חוט מוליך נמוכה מאוד, מספר רב של אלקטרונים מסתובב דרכו ומייצר חום ומעל לכל אוֹר. זהו עקרון העבודה של נורות.
- מַגנֶטִי. זרם חשמלי יוצר שדות מגנטיים, כמו במקרה של אלקטרומגנטים המשמשים במגרשי גרוטאות מכוניות או מצפנים חשמליים.
- כימיקלים חשמל משמש כדי לגרום לשינויים בחומרים ולזרז (להאיץ או להפוך ליעיל יותר) בטוח תגובה כימית. זה מאפשר מנגנונים כמו אלקטרוליזה, התהליך המפריד בין היסודות של תרכובת באמצעות חשמל ושימושי לדוגמא:
- הגן על מתכות מפני תַחמוֹצֶת וה קורוזיה.
- לשבור קישורים כימיים להשיג חומרים טהורים (כחמצן ומימן מ מים).
- נמס בטוח מתכות (לציפוי זהב, למשל).
- מֵכָנִיקָה. חשמל מספק את האנרגיה הדרושה להפעלת מכשירים שמבצעים עבודה מכנית מסוימת, כמו מנועים שמייצרים תְנוּעָה, מתיחה או מהירות.