הטבע של חשמל ורעיון החשמל
החשמל הוא הצורה הנפוצה ביותר של אנרגיה. החשמל משמש ליישומים שונים כגון תאורה, תחבורה, בישול, תקשורת, ייצור מוצרים שונים במפעלים ועוד הרבה יותר. אף אחד מאיתנו אינו יודע בדיוק מהו חשמל. המושג של חשמל והתאוריות העומדות בבסיסו יכולים להתפתח על ידי צפייה בהתנהגויות שונות שלו. כדי לצפות בטבעת החשמל, יש לחקור את מבנה החומרים. כל חומר ביקום מורכב מחלקיקים קטנים מאוד הנקראים מולקולות. המולקולה היא החלקיק הקטן ביותר של חומר בו נמצאים כל התכונות של אותו חומר. המולקולות מורכבות מחומרים קטנים יותר הנקראים אטומים. האטום הוא החלקיק הקטן ביותר של אלמנט שיכול להתקיים.
ישנם שני סוגים של חומרים. החומר שמולקולותיו מורכבות מאטומים דומים מכונה אלמנט. החומר שמולקולותיו מורכבות מאטומים שונים מכונה תרכובת. המושג של חשמל יכול להתפתח מהמבני האטומים של החומרים.
מבנה האטום
אטום מורכב מנוקלאוס מרכזי. הנוקלאוס מורכב פרוטונים חיוביים ונייטרונים חסרי מטען. לנוקלאוס מוקפים מספרי אלקטרונים מסלוליים. לכל אלקטרון יש מטען שלילי של – 1.602 × 10– 19 קולון ולכל פרוטון בנוקלאוס יש מטען חיובי של +1.602 × 10 – 19 קולון. בשל המטענים הפוכים יש כוח המשך מסוים בין הנוקלאוס לאלקטרונים המסלוליים. אלקטרונים הם בעלי מסה זניחה בהשוואה למסת הנוקלאוס. מסת כל פרוטון ונייטרון היא 1840 פעמים מסת האלקטרון.
מאחר שהערך המוחלט של כל אלקטרון וכל פרוטון זהה, מספר האלקטרונים שווה למספר הפרוטונים באטום חשמלית נייטרלי. אטום נהיה איון חיובי כאשר הוא מאבד אלקטרונים ובאותו אופן אטום נהיה איון שלילי כאשר הוא מקבל אלקטרונים.
אטומים עשויים להכיל אלקטרונים שנסתמו באופן רופף במסלולים החיצוניים שלהם. אלקטרונים אלה דורשים כמות קטנה מאוד של אנרגיה כדי להיפרד מהאטומים שלהם. אלקטרונים אלה מכונים אלקטרונים חופשיים שמתנועעים באופן אקראי בתוך החומר ונערכים מאטום לאטום אחר. כל חלק של חומר המכילה מספר לא שווה של אלקטרונים ופרוטונים מכונה חומרים חשמלית טעונים. כאשר יש יותר אלקטרונים מאשר פרוטונים, החומר מכונה טעון שלילית וכאשר יש יותר פרוטונים מאשר אלקטרונים, החומר מכונה טעון חיובית.
הטבע הבסיסי של חשמל הוא, בכל פעם שגוף טעון שלילית מחובר לגוף טעון חיובית באמצעות מונח חשמל, האלקטרונים עודפים של הגוף השלילי מתחילים לזרום לעבר הגוף החיובי כדי לפצות על חוסר האלקטרונים בגוף החיובי.
מקווה שקיבלת את המושג הבסיסי של חשמל מהסבר לעיל. ישנם חומרים שיש להם המון אלקטרונים חופשיים בטמפרטורה.LEADING. דוגמאות מפורסמות לחומרים כאלה הן כסף, נחושת, אלומיניום, צינק וכדומה. ניתן להפנות את תנועת האלקטרונים החופשיים האלה לכיוון מסוים אם הפרש פוטנציאל חשמלי מופעל על פני חתך של חומרים אלה. בגלל המספר הגדול של אלקטרונים חופשיים, לחומרים אלה יש נדיבות חשמלית טובה. חומרים אלה מכונים מוליכים טובים. הגירה של אלקטרונים במוליך בכיוון אחד מכונה זרם. למעשה, אלקטרונים זורמים מפוטנציאל נמוך (-Ve) לפוטנציאל גבוה (+Ve), אך הכיוון הסטנדרטי של הזרם נחשב מהנקודה בעלת הפוטנציאל הגבוה ביותר לנקודה בעלת הפוטנציאל הנמוך יותר, כך שהכיוון הסטנדרטי של הזרם הוא פשוט הפוך לכיוון זרימת האלקטרונים. בחומרים לא מתכות, כגון זכוכית, מיקה, שיש, פורצלן, המסלול החיצוני מלא כמעט ואין כמעט סיכוי לאיבוד אלקטרונים מהשכבת החיצונית שלהם. לכן, אין כמעט אלקטרונים חופשיים בחומרים מסוג זה.
לכן, חומרים אלה אינם יכולים להוביל חשמל במילים אחרות נדיבות חשמלית של חומרים אלה היא מאוד גרועה. חומרים אלה מכונים מוליכים או מבודדים חשמליים. הטבע של חשמל הוא לזרום דרך מוליך כאשר הפרש פוטנציאל חשמלי מופעל עליו, אבל לא לזרום דרך מבודד אפילו עם הפרש פוטנציאל חשמלי גבוה מופעל עליהם.
מקור: Electrical4u
הצהרה: כבוד למקור, מאמרים טובים ראויים לשיתוף, אם יש פלישה לזכויות אינטלקטואליות צרו קשר להסרה.
