חַשְׁמַל הוא השם שניתן לקבוצת תופעות המתרחשות הודות ל- חוסר איזון או תנועה של מטענים חשמליים, תכונה הטבועה בפרוטונים ובאלקטרונים, כמו גם בגופים טעונים חשמלית. בחשמל יש תופעות אלקטרוסטטי ואלקטרודינמית, הקשורה למטענים במנוחה ובתנועה, בהתאמה.
ראה גם: מהו כוח מגנטי?
מושג חשמל
המושג חשמל הוא מקיף, אבל אנחנו יכולים להבין אותו כמו כולם השפעות שמטענים חשמליים מייצרים על החומר. חשמל מזוהה בדרך כלל עם זרם חשמלי, תנועת עומס שמתבססת כאשר כל גוף נתון ל- a הפרש פוטנציאל חשמלי.
חשמל בפיזיקה
מקורן של תופעות חשמליות הוא ב אלקטרונים, המציגים את המטען החשמלי הנמוך ביותר האפשרי, המכונה מטען יסודי, ששווה בערך 1.6.10-19 Ç. כאשר מתרגש או תחת פעולתו של א שדה חשמלי חיצוני, ה אלקטרונים יכול להיות מוליך, מה שיוצר זרמים חשמליים ואת כל מגוון התופעות הקשורות לחשמל.
בפיזיקה, נפוץ מאוד שהמונח חשמל משמש ככמות האנרגיה הנצרכת מעגלים חשמליים. אנרגיה זו, הידועה גם בשם אנרגיה פוטנציאלית חשמלית, ניתן לחשב באמצעות ה כוח חשמלי - כמות האנרגיה החשמלית שמכשיר צורך בכל שנייה.
אנרגיה פוטנציאלית חשמלית נמדדת ב
ג'אול, או ב קוט"ש, שהיא יחידה נפוצה יותר המשמשת כפרמטר על ידי חברות חלוקת החשמל. לאנרגיה הכלולה בקוט"ש אחד יש ערך כלכלי, שיכול להיות שונה בכל אזור, לפי הקשיים הטכניים של חלוקת האנרגיה או אפילו, לפי הביקוש המקומי. האנרגיה הכלולה ב 1 קילוואט שווה ל-3.6.106 י.ראה גם: תופעות אופטיות - אירועים הנובעים מאינטראקציה בין אור לחומר
אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום ;)
נוסחאות חשמל
בחלק זה, אנו מביאים את רָאשִׁינוסחאות קשור ל חַשְׁמַל, לבדוק:
ה זרם חשמלי שחוצה מוליך ניתן לחשב באמצעות הביטוי הבא:
אני - זרם חשמלי (A)
ΔQ - מטען חשמלי (C)
ט - מרווחי זמן)
ה מתח חשמלי או פוטנציאל חשמלי שמטען מייצר במרחק d, נמדד ממרכזו, מחושב באמצעות הנוסחה:
U - פוטנציאל חשמלי (V)
ק0 - קבוע ואקום אלקטרוסטטי (9.109 Nm²/C²)
ש - מטען חשמלי (C)
ד - מרחק (מ')
O שדהחשמלי המיוצר על ידי מטען נקודתי הוא כמות וקטורית וניתן לחשב את המודולוס שלה על ידי הנוסחה הבאה:
ו - שדה חשמלי (N/C)
ה כוחחשמלי בין שני מטענים נקודתיים, המופרדים על ידי מרחק d, מחושב על ידי הנוסחה הבאה:
Q ו-Q - מטענים חשמליים
ה הקשר בין שדה חשמלי לכוח חשמלי המתואר על ידי חוק קולומב מוצג בביטוי:
ה אנרגיה פוטנציאלית חשמלית מהאינטראקציה של מטענים נקודתיים המופרדים על ידי מרחק d מחושב על ידי הנוסחה הבאה:
O פוטנציאל חשמלי, שנכתב במונחים של אנרגיה פוטנציאלית חשמלית, מוגדר באמצעות הנוסחה הבאה:
ה חשמל שנצרך עבור מכשיר כלשהו, בעל הספק חשמלי P, ניתן לחשב אותו באמצעות הנוסחה שלהלן:
וא.ל - צריכת אנרגיה חשמלית
ל – כוח
ט - זמן
ראה גם: גנרטור חשמלי - מכשיר ההופך סוגים שונים של אנרגיה לחשמל
היסטוריה של חשמל
O דוח מתועד ראשון של תצפית על תופעות חשמליות מיוחסת ל- פילוסוף יווני סיפורי מילטוס. Tales הבינו שכאשר משפשפים אותם על רצועות עור, לענבר (שרף צמח מאובנים) יש את היכולת למשוך חפצים קטנים כמו עלים יבשים. ענבר, אשר ביוונית נקראת אלקטרוני, נתן שם לחלקיק שמקורו ברוב התופעות החשמליות, האלקטרון.
בדוק ציר זמן קצר עם האירועים העיקריים שסימנו את ההיסטוריה של החשמל, לאחר גילויו של תאלס ממילטוס:
1660 – אוטוטוואןגריק המציא מכונה המייצרת מטענים אלקטרוסטטיים דרך ה חיכוך.
1730 – צ'ארלספרנסיסדופאי גילו שלחשמל שנוצר מחיכוך יכולים להיות שני מחלקות נפרדות: המטענים החיוביים והמטענים השליליים, כפי שאנו מכירים אותם כיום.
1744 – בנימיןפרנקלין השתמשו בצבר של מטענים חשמליים המחוברים לחוט מוליך שהחזיק עפיפון במהלך סערה, ובכך אישר שהברק הוא תופעה חשמלית.
1780 – לואיג'יגלווני מצאו שחשמל יכול להזיז את גפיים של חיות מתות, מה שמרמז שהשרירים מתכווצים הודות למעבר של מטענים חשמליים.
1796 – מספר רב של דסקיות נחושת ואבץ נערמו על מטלית ספוגה בתמיסת חומצה. אלסנדרולַחֲזוֹר המציא את הסוללה הראשונה.
1820 – הנסכריסטיןאורסטד גילה שזרם חשמלי מסוגל לייצר שדה מגנטי.
1831 - מיכאלפאראדיי גילה אינדוקציה אלקטרומגנטית.
1827 – ג'ורג'סיימוןאה מ גילה קשר מתמטי בין התנגדות, מתח וזרם חשמלי, הידוע כיום בתור החוק הראשון של אוהם.
1875 – הטלפון הומצא על ידי אלכסנדרגרהםפַּעֲמוֹן
1880 – תומסאדיסון המציא את הנורה.
1886 – ג'ורג'וסטינגהאוס מערכת חלוקת החשמל הראשונה על ידי זרם חליפין, המציא ניקולה טסלה.
1890 – ניקולהטסלה פיתח את מערכת חלוקת הזרם החשמלי התלת פאזי.
1905 – אלברטאיינשטיין הסביר כיצד אפקט פוטואלקטרי, שאיפשר פיתוח פאנלים סולאריים.
1911 – קמרלינגהאונס גילה את תופעת מוליכות העל, בעלת חשיבות רבה לייצור אנרגיה חשמלית מודרנית.
ראה גם: מהירות האור: כמה זמן לוקח לאור להגיע אלינו?
כיצד נוצר החשמל
כמו בתופעות טבע אחרות, חשמל תמיד היה קיים, הרבה לפני שהאנושות הופיעה. אתה קרניים, למשל, הן התופעות החשמליות שיצרו את רוב כולה אוֹזוֹן של האטמוספירה של כדור הארץ. אתה קרניים מקורם בעננים המחושמלים על ידי חיכוך בין מספר רב של גבישי קרח, אוויר ואדי מים, ובסופו של דבר נפרקים וגורמים ל זרם חשמלי גדול נוצר על ידי אוויר, שמייצר הבזק ומפץ נהדר, בנוסף לטמפרטורות בסדר גודל של אלפי מעלות.
בְּ קשרים כימים שיצרו את מולקולות המים הראשונות על פני כדור הארץ, למשל, הן תוצר של מְשִׁיכָהחשמליבין לביןהמון, מתואר מתמטי על ידי ה חוק קולומב. כוח זה גרם לאלמנטים שונים להתאחד, רק על ידי תאימות של מטענים חשמליים, ובכך הוליד חיים.
חשמל כפי שאנו מכירים אותו היה תוצאה של חיפושים ארוכים והעבודה הבלתי נלאית של מספר רב של פיזיקאים, כימאים, מהנדסים ומתמטיקאים שאיפשרו את הייצור, הפצה והופעת מכונות וטכנולוגיות שהכוח המניע שלהן היה חשמל, ובכך הפכו אותו ליותר ויותר פופולרי נגיש.
תרגילי חשמל
שאלה 1) חוט מוליך נחצה בערך 2.10-14 C כל מיקרו שנייה (10-6 ס). קבע את עוצמת הזרם הזורם דרך המוליך:
א) 3.10-4 ה
ב) 2.10-8 ה
ג) 5.10-6 ה
ד) 7.10-8ה
ה) 2.10-5 ה
מָשׁוֹב: אות ב'
פתרון הבעיה:
כדי לפתור את התרגיל, פשוט חשב את הזרם החשמלי, שים לב:
לפי ההחלטה, הזרם החשמלי הנוצר הוא האות ב'.
שאלה 2) יחידת המדידה של הפוטנציאל החשמלי, לפי יחידות ה-SI היא הוולט, שניתן לכתוב גם כך:
א) V/m
ב) C/F
ג) נ/מ'
ד) J/C
ה) A/m
מָשׁוֹב: האות ד
מכיוון שניתן לחשב פוטנציאל חשמלי כיחס בין האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית לטעינה חשמלי, היחידה שלו יכולה להתבטא גם בג'אול לקולומב, כך שהחלופה הנכונה היא האות D.
שאלה 3) בדוק את החלופה המשלימה נכון את הפערים במשפט:
השדה החשמלי הוא כמות __________, המוגדרת כ-__________ המופעלת ליחידת מטען. הפוטנציאל החשמלי, בתורו, הוא כמות _________, המוגדרת כ__________ ליחידת מטען.
סולם; כוח חשמלי; וֶקטוֹר; אנרגיה פוטנציאלית חשמלית
ב) וקטור; כוח חשמלי; לְטַפֵּס; אנרגיה פוטנציאלית חשמלית
ג) קנה מידה; אנרגיה פוטנציאלית חשמלית; לְטַפֵּס; כוח חשמלי
ד) פיזיקה; זרם חשמלי; וֶקטוֹר; כוח חשמלי
ה) פיזיקה; מטען חשמלי; לְטַפֵּס; כוח חשמלי
מָשׁוֹב: אות ב
פתרון הבעיה:
השדה החשמלי הוא גדלות וֶקטוֹר, מוגדר כ- כוח חשמלי המופעל ליחידת מטען, הפוטנציאל החשמלי, בתורו, הוא א לְטַפֵּס, המוגדר כ- אֵנֶרְגִיָהפוטנציאלחשמלי ליחידת תשלום.
מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה
ניתוח: אחד מנצח א, מחושמל בצורה חיובית וממוקם פנימה איש קשר עם מנצח אחר ב', כלומרבהתחלה ניטרלי.
ב) במהלך חִשׁמוּל מ-B יש א תנועת אלקטרונים או של פרוטונים? מ-A ל-B או מ-B ל-A?
כאשר גוף אחד מפעיל א כוח חשמלי ב מְשִׁיכָה, ניתן לומר כי:
א) לאחד יש מטען חיובי ולשני שלילי.
ב) לפחות אחד מהם טעון חשמלי.
ג) לאחד יש מטען גדול יותר מהשני.
ד) שניהם מוליכים.
ה) לפחות אחד מהגופים מוליך חשמל.
