על הבדל פוטנציאל, כוח ומתח חשמלי
הבדל פוטנציאלי
ידוע שאפשר לחמם גוף אחד יותר ואחר פחות. מידת התחממות הגוף נקראת הטמפרטורה שלו. באופן דומה, ניתן לחשמל גוף אחד יותר מאשר גוף אחר. מידת החשמול של הגוף מאפיינת כמות הנקראת פוטנציאל חשמלי או פשוט פוטנציאל של הגוף.
מה זה אומר לחשמל את הגוף? זה אומר להודיע לו על מטען חשמלי, כלומר להוסיף לו מספר מסוים של אלקטרונים אם נטען את הגוף בצורה שלילית, או לקחת אותם ממנו אם נטען את הגוף בצורה חיובית. בשני המקרים, לגוף תהיה מידה מסוימת של חשמול, כלומר פוטנציאל זה או אחר, יתרה מכך, לגוף טעון חיובי יש פוטנציאל חיובי, ולגוף טעון שלילי יש פוטנציאל שלילי.
הבדל ברמות המטען החשמלי בין שני גופים נקרא בדרך כלל הבדל בפוטנציאל חשמלי או פשוט הבדל פוטנציאל.
יש לזכור שאם שני גופים זהים טעונים באותם מטענים, אך אחד גדול מהשני, אז יהיה גם הבדל פוטנציאלי ביניהם.
יתר על כן, קיים הבדל פוטנציאלי בין שני גופים כאלה, האחד טעון והשני לא טעון. כך, למשל, אם לגוף מבודד מהאדמה יש פוטנציאל מסוים, אזי הפרש הפוטנציאל בינו לבין הקרקע (שהפוטנציאל שלה נחשב לאפס) שווה מספרית לפוטנציאל של הגוף הזה.
אז אם שני גופים טעונים בצורה כזו שהפוטנציאלים שלהם אינם זהים, בהכרח יש הבדל פוטנציאלי ביניהם.
כולם יודעים שתופעת החשמול של המסרק כאשר אתה משפשף אותו על השיער אינו אלא יצירת הבדל פוטנציאלי בין המסרק לשיער האדם.
למעשה, כאשר מסרק משופשף בשיער, חלק מהאלקטרונים מועברים למסרק, ומטעינים אותו באופן שלילי, בעוד שהשיער, שאיבד חלק מהאלקטרונים, נטען באותה מידה כמו המסרק, אך חיובית. . ניתן לצמצם את ההבדל הפוטנציאלי שנוצר כך לאפס על ידי נגיעה בשיער במסרק. מעבר אלקטרוני הפוך זה מזוהה בקלות על ידי האוזן אם מסרק מחושמל מוקרב לאוזן. צליל קופץ אופייני יעיד על המשך פריקה.
אם כבר מדברים למעלה על הפרש הפוטנציאל, התכוונו לשני גופים טעונים, הפרש הפוטנציאל יכול להתרחש גם בין חלקים (נקודות) שונים של אותו גוף.
אז, למשל, שקול מה קורה ב חתיכת חוט נחושתאם, תחת פעולת כוח חיצוני כלשהו, נצליח להעביר את האלקטרונים החופשיים בחוט לקצה אחד.ברור שיהיה מחסור באלקטרונים בקצה השני של החוט ואז יתרחש הבדל פוטנציאל בין קצוות החוט.
ברגע שנפסיק את פעולת הכוח החיצוני, האלקטרונים מיד, עקב משיכה של מטענים שונים, ימהרו לקצה החוט, טעונים חיובית, כלומר למקום שבו הם חסרים, והחשמל. האיזון ישוחזר בחוט.
כוח ומתח חשמליים
d כדי לשמור על זרם חשמלי בחוט, יש צורך במקור אנרגיה חיצוני כלשהו כדי לשמור על הפרש הפוטנציאלים על פני קצוות החוט הזה בכל עת.
מקורות אנרגיה אלו הם מה שנקרא מקורות של רעל חשמלי, כוח אלקטרו-מוטיבי מוגדר היוצר ושומר על הפרש פוטנציאל בקצוות המוליך לאורך זמן.
כוח אלקטרומוטיבי (בקיצור EMF) מסומן באות E... EMF נמדד בוולט. בארצנו, הוולט מקוצר באות «B», ובייעוד הבינלאומי - באות «V».
אז כדי לקבל זרימה רציפה חַשְׁמַל, אתה צריך כוח אלקטרו-מוטורי, כלומר, אתה צריך מקור של זרם חשמלי.
מקור הזרם הראשון כזה היה מה שנקרא "קוטב וולטאי", שהורכב מסדרה של עיגולי נחושת ואבץ מרופדים בעור טבול במים מחומצנים. לפיכך, אחת הדרכים להשיג כוח אלקטרו-מוטורי היא אינטראקציה כימית של חומרים מסוימים, וכתוצאה מכך אנרגיה כימית מומרת לאנרגיה חשמלית. מקורות זרם, שבהם נוצר כוח אלקטרו-מוטורי בצורה זו, נקראים מקורות זרם כימיים.
נכון לעכשיו, מקורות זרם כימיים - תאים גלווניים וסוללות - נמצאים בשימוש נרחב בהנדסת חשמל ואנרגיה.
מקור עיקרי נוסף של זרם, שהפך נפוץ בכל תחומי הנדסת החשמל והנדסת החשמל, הם גנרטורים.
גנרטורים מותקנים בתחנות כוח ומשמשים כמקור זרם יחיד לאספקת חשמל למפעלי תעשייה, תאורה חשמלית של ערים, רכבות חשמליות, חשמליות, רכבות תחתיות, טרוליבוסים וכו'.
באשר למקורות כימיים של זרם חשמלי (תאים וסוללות), ולגנרטורים, פעולת הכוח האלקטרו-מוטורי זהה לחלוטין. זה מורכב מהעובדה שה-EMF יוצר הבדל פוטנציאלי במסופים של המקור הנוכחי ושומר עליו לאורך זמן.
מסופים אלה נקראים הקטבים של המקור הנוכחי. קוטב אחד של מקור הזרם חווה תמיד מחסור באלקטרונים ולכן יש לו מטען חיובי, הקוטב השני חווה עודף אלקטרונים ולכן יש לו מטען שלילי.
בהתאם לכך, קוטב אחד של מקור הזרם נקרא חיובי (+) והשני - שלילי (-).
מקורות כוח משמשים לאספקת זרם חשמלי למכשירים שונים - המשתמשים הנוכחיים... צרכני זרם המשתמשים בחוטים מחוברים לקטבים של מקור הזרם ויוצרים מעגל חשמלי סגור. הפרש הפוטנציאלים שנוצר בין הקטבים של מקור הזרם עם מעגל חשמלי סגור נקרא מתח ומסומן באות U.
היחידה למדידת מתח, כמו EMF, היא הוולט.
אם, למשל, אתה צריך לרשום שהמתח של מקור הזרם הוא 12 וולט, אז הם כותבים: U — 12 V.
למדידה EMF או מתח הנקרא מכשיר מד מתח.
כדי למדוד את ה-EMF או המתח של מקור זרם, יש לחבר מד מתח ישירות למסופים שלו. יתר על כן, אם מעגל חשמלי פתוח, ואז מד המתח יראה את ה-EMF של המקור הנוכחי. אם תסגור את המעגל, מד המתח יראה כעת לא את ה-EMF, אלא את המתח במסופים של המקור הנוכחי.
EMF שפותח על ידי מקור הזרם הוא תמיד גדול יותר מהמתח על פני המסופים שלו.