הבנת זרימת הזרם החשמלי

Supakorn Kaewinta / EyeEm / Getty Images

עבור רוב האנשים, חשמל הוא כוח מסתורי שמופיע איכשהו באורח פלא כשאנחנו מכניסים מתג אור או מחברים מכשיר. עם זאת, בעוד שהמדע שמאחורי זרימת החשמל מורכב מאוד , קל להבין את היסודות של זרימת חשמל או זרם, אם לומדים כמה מונחי מפתח ותפקודים. זה גם עוזר להשוות את זרימת החשמל דרך חוטים עם זרימת המים דרך הצינורות. למרות שהאנלוגיה אינה מושלמת, מאפיינים רבים של זרימה חשמלית בחוטי מעגלים דומים לזרימת המים במערכת אינסטלציה.

• העברת אלקטרונים

  

  שריף טארבאיי / תמונות גטי

  מה שאנו מכנים זרם חשמלי מתרחש ברמת החלקיקים בין האטומים של חומר מוליך - במעגל ביתי, זהו חיווט הנחושת. בכל אטום ישנם שלושה סוגים של חלקיקים: נויטרונים, פרוטונים (הנושאים מטען אלקטרומגנטי חיובי) ואלקטרונים (הנושאים מטען שלילי). החלקיק החשוב כאן הוא האלקטרון, מכיוון שיש לו את המאפיין הייחודי של היכולת להיפרד מהאטום שלו ולעבור לאטום סמוך. זרימת האלקטרונים הזו היא זו שיוצרת זרם חשמלי - קפיצה של אלקטרונים טעונים באופן שלילי מאטום לאטום.

  איך גנרטורים עובדים

  מה מעביר את האלקטרונים לתנועה? הפיזיקה מורכבת, אך במהותה, זרימה חשמלית בחוטי מעגל מתאפשרת על ידי גנרטור כלי עזר (טורבינה המופעלת על ידי רוח, מים, כור אטומי או שריפת דלקים מאובנים). בשנת 1931 גילה מייקל פאראדיי כי מטעני חשמל נוצרו כאשר חומר המוליך חשמל (חוט מתכת) מועבר לשדה מגנטי. זוהי העיקרית שבה עובדים גנרטורים מודרניים: הטורבינות - בין אם מופעלות על ידי מים נופלים או אדים שנוצרו על ידי כורים גרעיניים - מסובבות סלילי ענק של חוטי מתכת בתוך מגנטים ענקיים, ובכך גורמים לזרם מטענים חשמליים.

  כאשר הוקם שדה חשמלי מאסיבי זה של מטענים חיוביים ושליליים, האלקטרונים בחוטים ברחבי רשת החשמל קופצים לפעולה ומתחילים לזרום בקצב עם השדה החשמלי. כשאתה מפעיל מתג אור או מחבר מנורה או טוסטר, אתה בעצם מקיש על זרם גדול של רחבים של אלקטרונים שנמשכים ודוחפים על ידי גנרטורי שירות שאולי במרחק של מאות קילומטרים משם.

  גנרטורים חשמליים נמשלים לעתים עם משאבות מים - הם אינם יוצרים את החשמל (ממש כמו שמשאבת מים אינה יוצרת מים), אך הם מאפשרים את זרימת האלקטרונים.

• זרם = זרימת התחשבות

  

  ויקטור דה שוונברג / ספריית תמונות למדע / תמונות Getty

  המונח זרם מתייחס לזרימה הפשוטה של אלקטרונים במעגל או במערכת חשמל. ניתן גם להשוות זרם חשמלי לכמות, או לנפח, של מים הזורמים בצינור מים. זרם חשמלי נמדד בזרם כוח או אמפר.

  זרם זרם חילופין מול DC

  זרם חשמלי קיים בשני סוגים: זרם חילופין (AC) וזרם ישר (DC). מבחינה טכנית, זרם זרם ישר זורם לכיוון אחד בלבד ואילו זרם זרם זרם חילופין הופך את הכיוון. במונחים יומיומיים, זרם חילופין הוא צורת החשמל המיוצרת באמצעות גנרטורים המפעילה אורות, מכשירים ושקעים בביתך, בעוד ש DC הוא סוג הכוח המסופק על ידי סוללות. לדוגמה, הפנסים שלך הם מערכות DC, בעוד שקעי הבית שלך משתמשים במערכת AC.

  מקורות אנרגיה מתחדשים רבים כמו גנרטורים סולאריים ורוחות מייצרים חשמל DC המומר לחשמל לשימוש בבית. סוללת רכב היא מערכת DC המשמשת להפעלת המנוע, אך ברגע שהמנוע מופעל, מערכת החשמל של הרכב מכילה אלטרנטור שמתחיל ליצור זרם זרם חילופין להפעלת המערכות השונות.

• מתח = לחץ

  

  מרק יגודה / EyeEm / Getty Images

  מתח, המכונה גם כוח אלקטרוני , מוגדר לרוב כלחץ של האלקטרונים במערכת. ניתן לדמות אותו ללחץ המים בצינור. המעגלים הסטנדרטיים בביתכם נושאים כ -120 וולט (המתח בפועל יכול להשתנות בין 115 ל 125 וולט) או 240 וולט (טווח בפועל: 230 עד 250 וולט). רוב גופי התאורה והשקעים מוזנים במעגלי 120 וולט ואילו מייבשי כביסה, טווחים ומכשירים גדולים אחרים משתמשים לרוב במעגלי 240 וולט.

• Wattage = קצב הזרימה

  

  טום צ'אנס / תמונות גטי

  המונח wattage מתייחס לקצב בו אנרגיה חשמלית מתפזרת, או נצרכת. את כמות החשמל הכוללת הנצרכת על ידי מערכת החשמל בביתכם קוראים באמצעות מד החשמל של חברת השירות. הוא נמדד בשעות קילוואט או 1, 000 ואט, וככה אתה מחויב.

  לכל מכשיר חשמלי, כמו גוף תאורה או מכשיר, יש קצב שימוש שנמדד בוואט. לדוגמא, נורה של 100 וואט בוערת במשך 10 שעות משתמשת בקילוואט-שעה חשמל.

  אמפר, וולט וואט קיימים בקשר מתמטי זה לזה, המתבטאים באופן הבא: וואט = וולט x אמפר

  אם מכשיר דורג 120 וולט ועשרה אמפר, הוא ישתמש בעד 1, 200 וואט כשהוא פועל: 120 וולט x 10 אמפר = 1, 200 וואט.

• אוהם = התנגדות

  

  סטנלי K Patz / Getty Images

  אוהם הוא מדידת ההתנגדות לזרימת האלקטרונים דרך חומר מוליך. ככל שהתנגדות גבוהה יותר, כך זרימת האלקטרונים נמוכה יותר. התנגדות זו גורמת לכמות מסוימת של חום להיווצר במעגל. הסיבה שמייבש שיער מפריח אוויר חם, למשל, היא בגלל התנגדות בחיווט הפנימי, המייצר חום. וזו התנגדות בחוטים הזעירים של נורת ליבון הגורמת לו להתחמם ולזוהר באור. זו גם התנגדות שיכולה להתחמם יתר על המידה של כבל מאריך אם משתמשים במכשיר שמושך יותר מדי זרם.

  בחיווט מעגלים, התנגדות רבה מדי עלולה להעמיס על מעגל יתר ולגרום לשריפה חשמלית. מכיוון שחיבורים רעים הנגרמים מדברים כמו מסופי בורג רופפים וקורוזיה הם ככל הנראה אשמים, יש לבדוק קשרים חשמליים באופן קבוע כדי להבטיח בטיחות במערכת חשמל.