זרם חשמלי: מה זה, סוגים, נוסחה, השפעות

ה שַׁרשֶׁרֶתחשמלי זה ה תנועה של מטענים חשמליים, כמו אלקטרונים, שקורה בתוך חומרים שונים, בגלל יישום הפרש פוטנציאל חשמלי. הזרם החשמלי הוא ה גְדוּלָהפיזיקה המאפשר לנו לדעת מהו הכמותבלחייב שחוצה את חתך המוליך כל שנייה. על פי מערכת היחידות הבינלאומית, המטען החשמלי נמדד ב- A.s (אמפר פעמים שניות), יחידה זו, בתורו, נקראת קולומב (C).

תראהגַם: הכל על אלקטרוסטטיקה

סוגי זרם חשמלי

ישנם שני סוגים של זרם חשמלי: זרם חשמלי מתמשך ו זרם חשמלי מתחלף. למרות ששניהם עוסקים בתנועה של מטענים חשמליים, הם שונים במהותם.

• זרם חשמלי מתמשך

ה זרם חשמלי מתמשך הוא זה בו נאלצים האלקטרונים לנוע פנימה דרך אחת. אין זה אומר, עם זאת, שכל האלקטרונים נעים בצורה מסודרת, שכן במציאות תנועת המטענים החשמליים היא די כאוטית ואיטית. זו תוצאה של כמה התנגשויות שסבלו האלקטרונים עם הרשת הגבישית של המוליכים בזמן שנגררה על ידי פעולה של שדה חשמלי חיצוני.

תראהגַם:מעגלים חשמליים - מה הם, אלמנטים, סוגים

• זרם חשמלי מתחלף

בְּ שַׁרשֶׁרֶתחשמלילסירוגין, התחושה של תְנוּעָה של האלקטרונים הוא מעת לעתהָפוּך עקב היפוך בקוטביות הפוטנציאל המופעל על המוליך. בסוג זה של זרם חשמלי, האלקטרונים נותרים תנודיים סביב אותה המיקום, זה גורם שיש פחות אובדן אנרגיה בגלל אפקט הג'ול, הפיכת אנרגיה חשמלית לאנרגיה תֶרמִי. בברזיל תדירות התנודה של זרם חשמלי מתחלף היא 60 הרץ, כלומר האלקטרונים שבתוך החוטים נעים קדימה ואחורה בערך 60 פעמים בשנייה.

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)

נוסחת זרם חשמלי

ניתן לחשב זרם חשמלי כיחס בין גודל המטען החשמלי שעובר דרך מוליך לאורך פרק הזמן. הנוסחה הפשוטה ביותר המשמשת לחישוב הזרם החשמלי מוצגת למטה, בדוק זאת:

אני - זרם חשמלי (A)

ΔQ - מטען חשמלי (C)

t - מרווחי זמן)

במקרה של מתכותמנצחים, שבה הולכה מתבצעת על ידי תנועת אלקטרונים, אנו יכולים לחשב את הזרם החשמלי כפונקציה של מספר האלקטרונים העוברים דרכנו בכל שנייה. לשם כך יש לזכור את כימות מטען חשמלי, מאפיין זה של חומר אומר לנו שכמות המטען הכולל המאוחסן בגוף ניתנת על ידי מכפיל שלם של המטען הבסיסי (e = 1.6.10^-19 ג) נוכחים בפרוטונים ואלקטרונים.

לא - מספר אלקטרונים

ו - מטען חשמלי בסיסי

אם נשלב את שתי המשוואות המוצגות, נוכל לכתוב את הנוסחה הבאה לזרם החשמלי:

הנוסחאות המוצגות מועילות לפתרון רוב התרגילים הכרוכים בזרם חשמלי, אולם הם אינם שימושיים במקרים בהם הזרם החשמלי משתנה. במקרים כאלה, מקובל לספק גרף כמו זה שמוצג להלן, שימו לב:

גרף איכותי של זרם חשמלי משתנה.

הגרפיקה המוצגת לעיל מציגה את המודול של א זרם חשמלי משתנה כפונקציה של זמן. שים לב שגודל הזרם החשמלי הזה הולך ופוחת. במקרים אלה, כדאי מאוד לחשב את ה- אזור גרף, המקביל ל כמות מטען נערך במהלך פרק הזמן הזה.

תראהגַם:מהו שדה חשמלי?

מפת חשיבה: זרם חשמלי

* להורדת מפת החשיבה ב- PDF, לחץ כאן!

חוש קונבנציונאלי ותחושה אמיתית של זרם חשמלי

או חוש אמיתי של הזרם החשמלי הוא זה בו האלקטרונים נעים פנימה לכיוון הפוטנציאל חשמלי גבוה יותר (חיובי), שכן המטען החשמלי שלו שלילי. עם זאת, מסיבות שרירותיות בלבד, ניתן להניח כי לאלקטרונים יש מטענים חיוביים ושהם להתקדם לכיוון הפוטנציאל החשמלי הנמוך ביותר, על מנת להקל על ההבנה והחישובים הקשורים לזרם חשמלי.

בדוק טבלה המסכמת את מושגי החוש האמיתי והחוש המקובל:

חוש אמיתי	אלקטרונים עם מטען שלילי נעים לכיוון הפוטנציאל החיובי
חוש קונבנציונאלי	אלקטרונים טעונים חיובי נעים לעבר הפוטנציאל השלילי

זרם חשמל וכוח

כאשר זרם חשמלי עובר דרך חומרים המצויים התנגדות חשמלית, תופעה הנקראת אפקט ג'ולהופך חלק מהאנרגיה המאוחסנת במובילי המטען ב חוֹם.

באמצעות מודול הזרם החשמלי ניתן לחשב מהו פיזר כוחכלומר כמות החום שנוצרת בכל שנייה עקב מעבר זרם חשמלי. בדוק מתחת לנוסחאות העיקריות המשמשות לחישוב ההספק החשמלי שהתפזר:

פ - כוח (W)

ר - התנגדות חשמלית (Ω)

אני - זרם חשמלי (A)

U - מתח חשמלי או פוטנציאל חשמלי (V)

למעלה, יש לנו שלוש דרכים אפשריות לחישוב הספק חשמלי. אנו מכנים U את הירידה בפוטנציאל או במתח החשמלי, שנוצר בין מסופי המוליכים, ההתנגדות החשמלית, R, מודדת את ההתנגדות המוצעת באמצעים כלשהם למעבר הזרם חשמלי.

השפעות זרם חשמלי

במנורות ליבון נצפות ההשפעות התרמיות והאורות של הזרם החשמלי.

זרם חשמלי מסוגל לייצר השפעות שונות כאשר הוא מנוהל דרך גופים. ביניהם נוכל להדגיש:

• השפעות תרמיות: כאשר זרם חשמלי עובר במדיום כלשהו בעל התנגדות חשמלית, התנגשויות בין האלקטרונים לאטומים במוליך גורמות לחימום רב.

• השפעות כימיות: ניתן לגרום לתגובות כימיות מסוימות או אפילו לזרז אותן כאשר הן מתרחשות בנוכחות זרמים חשמליים.

• השפעות מגנטיות: מעבר זרם חשמלי במוליכים גורם לשדה מגנטי להופיע סביבם.

• השפעות פיזיולוגיות: כאשר זרם חשמלי עובר דרך יצורים חיים, השרירים שלהם יכולים להתכווץ חזק. חלק מערכי הזרם החשמלי עלולים להיות קטלניים.

• אפקטים של אור: זרם חשמלי יכול ליצור אור על ידי מעבר דרך סוגים מסוימים של גזים מיוננים, כמו אלה המשמשים מנורות פלורסנט או מנורות כספית.

בין ההשפעות שהוזכרו לעיל, אחת מהן היא בעלת חשיבות רבה לביטחוננו, שכן השפעות פיזיולוגיות של זרם חשמלי יכול להיות די חמור בבני אדם.

בדוק טבלה המפרטת את עוצמת הזרם החשמלי עם התוצאות האפשריות של מעברו בגוף האדם:

עוצמת זרם חשמלי (A)	ההשפעה הפיזיולוגית הנפוצה ביותר
0.001 עד 0.01	עקצוצים קטנים;
0.01 עד 0.1	התכווצויות שרירים, כאבים, קשיי נשימה, דום לב;
0.1 עד 0.2	פרפור חדרים;
0.2 עד 1.0	דום לב ודום נשימה;
1.0 עד 10.0	כוויות קשות, דום לב ואולי מוות

על ידי רפאל הלרברוק