מה זה חשמל
במובן הרחב, חשמל הוא מכלול התופעות האלקטרומגנטיות, שהן ביטויים שונים של השדה האלקטרומגנטי והאינטראקציה שלו עם החומר; במובן צר הוא משמש בביטוי "כמות חשמל", שהוא שם נרדף ל"מטען חשמלי" בכימות האחרון.
מה עולה לך בראש כשאתה שומע את המילה "חשמל" או "חשמל"? אדם אחד ידמיין שקע חשמל, אחר - קו מתח, שנאי או מכונת ריתוך, דייג יחשוב על ברק, עקרת בית תחשוב על סוללה עם האצבע או מטען לטלפון נייד, סיבובית תחשוב על מנוע חשמלי, ומישהו אפילו ידמיין ניקולה טסלהיושב במעבדה שלו ליד סליל אינדוקציה מהדהד מתפרץ ברק.
בדרך זו או אחרת, ישנם ביטויים רבים של חשמל בעולם המודרני. אי אפשר לדמיין את הציוויליזציה של היום בכללותה ללא חשמל. אבל מה אנחנו יודעים עליו? בואו נבהיר את המידע הזה.
מתחנת כוח ועד מכשיר חשמלי
כשאנחנו מחברים את השקע בבית, מדליקים את הקומקום או לוחצים על המתג, בעצם רוצים להדליק את הנורה, אז באותו רגע סוגרים את המעגל בין מָקוֹר ו מקלט חשמללספק נתיב למעבר המטען החשמלי, למשל דרך ספירלה של קומקום.
מקור החשמל בבית שלנו הוא בדרך כלל שקע. מטען חשמלי שנע דרך חוט (שבדוגמה שלנו הוא סליל ניכרום על קומקום) הוא חַשְׁמַל... החוט מחבר את השקע למשתמש בשני חוטים: לאורך חוט אחד המטען עובר מהשקע למשתמש, לאורך החוט השני בו זמנית - מהמשתמש - אל השקע. אם הזרם מתחלף, אז החוטים משנים את תפקידיהם 50 פעמים בכל שנייה.
מקור האנרגיה לתנועת מטענים חשמליים (או, יותר פשוט, מקור החשמל) ברשת העירונית הוא בעיקר תחנת כוח. בתחנת כוח, חשמל מופק על ידי עוצמה גֵנֵרָטוֹר, שהרוטור שלו מונע לסיבוב על ידי מתקן גרעיני או תחנת כוח מסוג אחר (לדוגמה, הידרו טורבינה).
בתוך הגנרטור, הרוטור הממוגנט חוצה את חוטי הסטטור, וגורם כוח חשמלי (EMF)יצירת מתח בין המסופים של הגנרטור. וזה תמיד כך מתח חילופין בתדר של 50 הרץ, כי לרוטור של הגנרטור 2 קטבים מגנטיים והוא מסתובב בתדר של 3000 סל"ד, או בעל 4 קטבים ומהירות של 1500 סל"ד.
זה המתח במגע שלנו שאנחנו משתמשים בו כל יום בלי לחשוב אפילו. על הדרך הארוכה שהחשמל עובר מתחנת הכוח לשקע שלנו במהירות האור (299,792,458 מטר לשנייה - מהירות ההתפשטות של שדה חשמלי לאורך החוטים, שדוחף בתוכם את האלקטרונים ויוצר זרם).
מתח AC 220 וולט במוצא
המתח הנוצר עבור היציאות משתנה מכיוון: ראשית, ניתן להפוך אותו בקלות (להפחית או להגדיל), ושנית, הוא נוצר בקלות רבה יותר ומועבר עם פחות אובדן בחוטים מאשר מתח קבוע.
על ידי הפעלת החוטים אליהם הוא מחובר שַׁנַאי, מתח חילופין, אנו מקבלים זרם חליפין, אשר משנה את כיוונו בצורה הרמונית 50 פעמים בשנייה, מסוגל ליצור שדה מגנטי לסירוגין במעגל המגנטי של השנאי, אשר, בתורו, מסוגל שוב לעורר זרם חשמלי בחוטי הפיתולים המשניים המתפתלים את מעגל מגנטי...
אם השדה המגנטי היה קבוע בחלל שמכסה הסליל, הזרם בסלילים פשוט לא היה מכוון (ראה. חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית).
כדי לקבל זרם, יש צורך לשנות את השטף המגנטי בחלל, ולאחר מכן הוא יסתיים בסביבה שדה חשמלי, הוא יפעל על מטען חשמלי, אשר למשל יכול להיות ממוקם בתוך חוט נחושת (אלקטרונים חופשיים) הממוקם סביב החלל הזה בשטף מגנטי משתנה.
פעולתם של הגנרטורים והשנאים מבוססת על עיקרון זה, עם ההבדל היחיד שבשנאי אין חלקים פועלים נעים: מקור השטף המגנטי לסירוגין בשנאי הוא זרם החילופין של הפיתול הראשוני, ובגנרטור. יש רוטור מסתובב עם שדה מגנטי קבוע.
ופה ושם, השדה המגנטי המשתנה, על פי חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית, יוצר שדה חשמלי מערבולי, הפועל על האלקטרונים החופשיים שבתוך החוטים, ומניע את האלקטרונים הללו. אם המעגל סגור לצרכן, הזרם יזרום דרך הצרכן.
אחסון חשמל וזרם ישר
הכי נוח לצבור חשמל בחיי היומיום בצורה של אנרגיה כימית, כלומר בסוללות… התגובה הכימית עם האלקטרודות מסוגלת ליצור זרם כאשר המעגל החיצוני סגור למשתמש, וככל ששטח האלקטרודות של הסוללה גדול יותר, ניתן לקבל ממנו יותר זרם ובהתאם לחומר של הסוללה. אלקטרודות ומספר התאים המחוברים בסדרה בסוללה, המתח שנוצר מהסוללה יכול להיות שונה.
אז, עבור סוללת ליתיום-יון, המתח הסטנדרטי של תא בודד הוא 3.7 וולט ויכול להגיע עד 4.2 וולט. במהלך פריקה, יוני ליתיום טעונים חיובית נעים באלקטרוליט מהאנודה (-) המבוססת על נחושת וגרפיט אל הקתודה (+) המבוססת על אלומיניום, ובמהלך הטעינה מהקתודה לאנודה, כאשר תחת פעולת ה-EMF של המטען נוצרת תרכובת גרפיט-ליתיום, שכתוצאה ממנה נצברת אנרגיה בצורה של תרכובת כימית.
קבלים אלקטרוליטים פועלים בצורה דומה, בשונה מסוללות בעלות קיבולת חשמלית נמוכה יותר, אך במספר רב של מחזורי טעינה-פריקה.
עבור סוללת ליתיום-יון, אורך החיים המלא מוגבל למקסימום של 1000 מחזורי טעינה-פריקה, ותכולת האנרגיה הספציפית מגיעה ל-250 וואט/ק"ג. לגבי קבלים אלקטרוליטיים, חיי הזרם המתוקן שלהם מוערכים בעשרות אלפי שעות, אך צריכת האנרגיה היא בדרך כלל פחות מ-0.25 וואט/ק"ג.
חשמל סטטי
אם תשים יריעת משי על גבי שמיכת צמר, תצמיד אותם היטב ואז תנסה לפזר אותם, אז יהיה חִשׁמוּל... זה יקרה מכיוון שבתנאי חיכוך של גופים בעלי קבועים דיאלקטריים שונים, מתרחשת הפרדה של מטענים על פני השטח שלהם: חומר בעל קבוע דיאלקטרי גבוה יותר יהיה טעון חיובי, וחומר בעל קבוע דיאלקטרי נמוך יותר - שלילי .
ככל שההבדל בפרמטרים אלו גדול יותר כך החשמול חזק יותר, כאשר משפשפים את כפות הרגליים בשטיח צמר נטענים בצורה שלילית והשטיח חיובי. רמות פוטנציאל יכולות להגיע כאן לעשרות אלפי וולט, ונגיעה, למשל, בברז מים המחובר למשהו מוארק תגרום לכם להתחשמלות. אך מכיוון שהקיבולת החשמלית מועטה, האירוע הלא נעים הזה לא יהווה איום גדול על חייכם.
דבר נוסף הוא מכונה אלקטרופורטית, שבה מצטבר מטען סטטי שנוצר מחיכוך בקבל. המטען שהצטבר בבנק ליידן כבר נמצא בסכנת חיים.
המונחים וההגדרות החשובים ביותר
מהו שדה אלקטרומגנטי
השדה האלקטרומגנטי הוא סוג מיוחד של חומר המאופיין בחלוקה מתמשכת במרחב (גלים אלקטרומגנטיים) וחושפים את דיסקרטיות המבנה (פוטונים), המאופיינת ביכולת להתפשט בוואקום (בהיעדר שדות כבידה חזקים). הפעלת השפעת כוח על חלקיקים טעונים, בהתאם למהירותם.
מהו מטען חשמלי
מטען חשמלי הוא תכונה של חלקיקי חומר או גופים המאפיינת את הקשר שלהם עם השדה האלקטרומגנטי שלהם ואת האינטראקציה שלהם עם שדה אלקטרומגנטי חיצוני. יש לו שני סוגים הידועים כמטען חיובי (מטען פרוטון, פוזיטרון וכו') ומטען שלילי (מטען אלקטרון וכו'). ככמות, היא מכמתת על ידי אינטראקציה חזקה של גוף טעון אחד עם גוף טעון אחר.
מהו חלקיק טעון
חלקיק טעון הוא חלקיק חומר בעל מטען חשמלי.
מהו שדה חשמלי
השדה החשמלי הוא אחד משני הצדדים של השדה האלקטרומגנטי, הנגרם ממטענים חשמליים ושינויים בשדה המגנטי, המפעיל השפעת כוח על חלקיקים וגופים טעונים ומתגלה על ידי השפעת הכוח על גופים וחלקיקים טעונים נייחים.
מהו שדה מגנטי
השדה המגנטי הוא אחד משני הצדדים של השדה האלקטרומגנטי הנגרם על ידי המטענים החשמליים על חלקיקים וגופים טעונים נעים ועל ידי השינוי בשדה החשמלי המפעיל כוח על החלקיקים הטעונים הנעים ומתגלה על ידי פעולת הכוח המכוונת באופן כללי. ביחס לכיוון התנועה של חלקיקים אלו ובפרופורציונלי למהירותם.
מהו זרם חשמלי
זרם חשמלי הוא תופעה של תנועה של חלקיקים טעונים ותופעה של שינויים בשדה החשמלי לאורך זמן, המלווים בשדה מגנטי.
מהי האנרגיה של שדה חשמלי
אנרגיית שדה חשמלי - אנרגיה הקשורה לשדה חשמלי ומומרת לצורות אחרות של אנרגיה כאשר השדה החשמלי משתנה.
מהי אנרגיית השדה המגנטי
אנרגיית שדה מגנטי - אנרגיה הקשורה לשדה מגנטי ומומרת לצורות אחרות של אנרגיה על ידי שלושה שינויים בשדה המגנטי.
מהי אנרגיה אלקטרומגנטית (אנרגיה חשמלית)
אנרגיה חשמלית - האנרגיה של השדה האלקטרומגנטי, המורכבת מהאנרגיה של השדה החשמלי ומהאנרגיה של השדה המגנטי.
ראה גם: