מהו זרם חשמלי? תנאים לקיומו של זרם חשמלי: מאפיינים ופעולות

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

זרם חשמלי הוא מטען חשמלי בתנועה. זה יכול ללבוש צורה של פריקה פתאומית של חשמל סטטי, כמו ברק. או שזה יכול להיות תהליך מבוקר בגנראטורים, סוללות, תאי שמש או דלק. היום נשקול את עצם המושג "זרם חשמלי" ואת התנאים לקיומו של זרם חשמלי.

אנרגיה חשמלית

רוב החשמל שאנו משתמשים בו מגיע בצורה של זרם חילופין מרשת החשמל. הוא נוצר על ידי גנרטורים הפועלים לפי חוק האינדוקציה של פאראדיי, שבגללו שדה מגנטי משתנה יכול לגרום לזרם חשמלי במוליך.

לגנרטורים יש סלילי תיל מסתובבים שעוברים דרך שדות מגנטיים בזמן שהםרוֹטַציָה. כשהסלילים מסתובבים, הם נפתחים ונסגרים ביחס לשדה המגנטי ויוצרים זרם חשמלי שמשנה כיוון בכל סיבוב. הזרם עובר מחזור שלם קדימה ואחורה 60 פעמים בשנייה.

ניתן להפעיל גנרטורים על ידי טורבינות קיטור המחוממות על ידי פחם, גז טבעי, נפט או כור גרעיני. מהגנרטור, הזרם עובר דרך סדרה של שנאים, שם המתח שלו עולה. קוטר החוטים קובע את כמות ועוצמת הזרם שהם יכולים לשאת מבלי להתחמם יתר על המידה ובזבוז כוח, והמתח מוגבל רק על ידי מידת הבידוד של החוטים מהאדמה.

מעניין לציין שהזרם מועבר רק על ידי חוט אחד, לא על ידי שניים. שני הצדדים שלו מוגדרים כחיוביים ושליליים. עם זאת, מכיוון שהקוטביות של זרם החילופין משתנה 60 פעמים בשנייה, יש להם שמות אחרים - חמים (קווי מתח מטען) ומוארקים (עוברים מתחת לאדמה כדי להשלים את המעגל).

למה אנחנו צריכים חשמל?

יש הרבה שימושים לחשמל: זה יכול להאיר את הבית שלך, לשטוף ולייבש את הבגדים שלך, להרים את דלת המוסך שלך, להרתיח מים בקומקום ולהפעיל חפצים ביתיים אחרים שהופכים את חיינו לקלים הרבה יותר. עם זאת, היכולת של הזרם להעביר מידע הולכת ונעשית חשובה יותר.

כאשר מתחבר לאינטרנט, מחשב משתמש רק בחלק קטן מהזרם החשמלי, אבל זה משהו שבלעדיו אדם מודרנילא יכול לדמיין את חייו.

המושג של זרם חשמלי

כמו זרימת נהר, זרימה של מולקולות מים, זרם חשמלי הוא זרימה של חלקיקים טעונים. מה זה גורם לזה, ולמה זה לא תמיד הולך לאותו כיוון? כשאתה שומע את המילה זרימה, על מה אתה חושב? אולי זה יהיה נהר. זו אסוציאציה טובה, כי זו הסיבה שהזרם החשמלי קיבל את שמו. זה דומה מאוד לזרימת המים, רק שבמקום שמולקולות מים נעות לאורך התעלה, חלקיקים טעונים נעים לאורך המוליך.

בין התנאים הדרושים לקיומו של זרם חשמלי, ישנו פריט המספק נוכחות אלקטרונים. לאטומים בחומר מוליך יש הרבה מהחלקיקים הטעונים החופשיים האלה שמרחפים סביב ובין האטומים. התנועה שלהם אקראית, ולכן אין זרימה בשום כיוון נתון. מה צריך כדי שקיים זרם חשמלי?

התנאים לקיומו של זרם חשמלי כוללים נוכחות של מתח. כאשר מופעל על מוליך, כל האלקטרונים החופשיים ינועו באותו כיוון, ויצרו זרם.

סקרן לגבי זרם חשמלי

הדבר המעניין הוא שכאשר אנרגיה חשמלית מועברת דרך מוליך במהירות האור, האלקטרונים עצמם נעים הרבה יותר לאט. למעשה, אם היית הולך בנחת ליד חוט מוליך, המהירות שלך תהיה מהירה פי 100 מאשראלקטרונים זזים. זה נובע מהעובדה שהם לא צריכים לעבור מרחקים עצומים כדי להעביר אנרגיה אחד לשני.

זרם ישיר וחילופין

היום, שני סוגים שונים של זרם נמצאים בשימוש נרחב - ישיר ומתחלף. בראשון, האלקטרונים נעים בכיוון אחד, מהצד ה"שלילי" לצד ה"חיובי". זרם החילופין דוחף את האלקטרונים קדימה ואחורה, משנה את כיוון הזרימה מספר פעמים בשנייה.

גנרטורים המשמשים בתחנות כוח לייצור חשמל נועדו לייצר זרם חילופין. כנראה שמעולם לא שמתם לב שהאור בבית שלכם בעצם מהבהב כשהכיוון הנוכחי משתנה, אבל זה קורה מהר מדי מכדי שהעיניים יוכלו לזהות.

מהם התנאים לקיומו של זרם חשמלי ישר? למה אנחנו צריכים את שני הסוגים ומי מהם עדיף? אלו שאלות טובות. העובדה שאנו עדיין משתמשים בשני סוגי הזרם מעידה על כך ששניהם משרתים מטרות ספציפיות. עוד במאה ה-19 היה ברור שהעברת כוח יעילה למרחקים ארוכים בין תחנת כוח לבית אפשרית רק במתחים גבוהים מאוד. אבל הבעיה הייתה ששליחת מתח גבוה באמת הייתה מסוכנת ביותר לאנשים.

הפתרון לבעיה זו היה להפחית את הלחץ מחוץ לבית לפני שליחתו פנימה. עד היום, זרם חשמלי ישיר משמש להעברת גדולמרחק, בעיקר בשל יכולתו להמיר בקלות למתחים אחרים.

איך זרם חשמלי עובד

התנאים לקיומו של זרם חשמלי כוללים נוכחות של חלקיקים טעונים, מוליך ומתח. מדענים רבים חקרו חשמל ומצאו שיש שני סוגים שלו: סטטי וזרם.

זהו השני שממלא תפקיד עצום בחיי היומיום של כל אדם, מכיוון שהוא זרם חשמלי שעובר במעגל. אנו משתמשים בו מדי יום כדי להפעיל את הבתים שלנו ועוד.

מהו זרם חשמלי?

כאשר מטענים חשמליים מסתובבים במעגל ממקום אחד לאחר, נוצר זרם חשמלי. התנאים לקיומו של זרם חשמלי כוללים, בנוסף לחלקיקים טעונים, נוכחות של מוליך. לרוב זה חוט. המעגל שלו הוא מעגל סגור בו זורם זרם ממקור כוח. כשהמעגל פתוח, הוא לא יכול להשלים את המסע. לדוגמה, כאשר האור בחדר שלך כבוי, המעגל פתוח, אך כאשר המעגל סגור, האור דולק.

כוח נוכחי

התנאים לקיומו של זרם חשמלי במוליך מושפעים מאוד ממאפיין מתח כמו כוח. זהו מדד לכמות החשמל שנמצאת בשימוש לאורך תקופה.

ישנן יחידות רבות ושונות שניתן להשתמש בהןביטויים של מאפיין זה. עם זאת, הספק החשמלי נמדד כמעט בוואטים. וואט אחד שווה ג'אול אחד לשנייה.

טעינה חשמלית בתנועה

מהם התנאים לקיומו של זרם חשמלי? זה יכול ללבוש צורה של פריקה פתאומית של חשמל סטטי, כמו ברק או ניצוץ מחיכוך עם בד צמר. עם זאת, לעתים קרובות יותר, כאשר אנו מדברים על זרם חשמלי, אנו מתכוונים לצורת חשמל מבוקרת יותר שגורמת לאורות ולמכשירים לעבוד. רוב המטען החשמלי נישא על ידי האלקטרונים השליליים והפרוטונים החיוביים בתוך האטום. עם זאת, האחרונים משותקים ברובם בתוך גרעיני אטום, כך שעבודת העברת המטען ממקום למקום נעשית על ידי אלקטרונים.

אלקטרונים בחומר מוליך כמו מתכת חופשיים ברובם לנוע מאטום אחד לאחר לאורך פסי ההולכה שלהם, שהם מסלולי האלקטרונים הגבוהים יותר. כוח או מתח חשמלי מספיק יוצר חוסר איזון מטען שעלול לגרום לאלקטרונים לנוע דרך מוליך כזרם חשמלי.

אם נצייר אנלוגיה למים, ניקח, למשל, צינור. כשאנחנו פותחים שסתום בקצה אחד כדי לתת למים להיכנס לצינור, אנחנו לא צריכים לחכות שהמים האלה יעבדו עד לקצה הצינור. אנחנו מקבלים מים בקצה השני כמעט מיד כי המים הנכנסים דוחפים את המים שכבר נמצאים בצינור. זה מה שקורה כשיש זרם חשמלי בחוט.

זרם חשמלי: תנאים לקיומו של זרם חשמלי

זרם חשמלי נתפס בדרך כלל כזרימה של אלקטרונים. כאשר שני קצוות הסוללה מחוברים זה לזה באמצעות חוט מתכת, המסה הטעונה הזו זורמת דרך החוט מקצה אחד (אלקטרודה או קוטב) של הסוללה אל הצד הנגדי. אז בואו נציין את התנאים לקיומו של זרם חשמלי:

1. חלקיקים טעונים.
2. Explorer.
3. מקור מתח.

עם זאת, לא הכל כל כך פשוט. אילו תנאים נחוצים לקיומו של זרם חשמלי? ניתן לענות על שאלה זו בפירוט רב יותר על ידי התבוננות במאפיינים הבאים:

• הפרש פוטנציאל (מתח). זה אחד התנאים המוקדמים. בין 2 הנקודות חייב להיות הפרש פוטנציאל, כלומר כוח הדחייה שנוצר על ידי חלקיקים טעונים במקום אחד חייב להיות גדול מהכוח שלהם בנקודה אחרת. מקורות מתח, ככלל, אינם מתרחשים בטבע, והאלקטרונים מופצים באופן שווה למדי בסביבה. עם זאת, מדענים הצליחו להמציא סוגים מסוימים של מכשירים שבהם החלקיקים הטעונים הללו יכולים להצטבר, ובכך ליצור את המתח הדרוש מאוד (לדוגמה, בסוללות).
• התנגדות חשמלית (מוליך). זהו התנאי החשוב השני הדרוש לקיומו של זרם חשמלי. זהו הנתיב שלאורכו נעים חלקיקים טעונים. רק אותם חומרים המאפשרים לאלקטרונים לנוע בחופשיות פועלים כמוליכים. אותם אלה בשאין להם את היכולת הזו נקראים מבודדים. לדוגמה, חוט מתכת יהיה מוליך מצוין, בעוד מעטפת הגומי שלו יהווה מבודד מצוין.

לאחר שלמדו בקפידה את התנאים להופעתו וקיומו של זרם חשמלי, אנשים הצליחו לאלף את היסוד החזק והמסוכן הזה ולכוון אותו לטובת האנושות.