מהו זרם חשמלי?

כאשר אנו מבטאים את הביטוי "זרם חשמלי", אנו מתכוונים בדרך כלל לביטויים המגוונים ביותר של חשמל. הזרם זורם דרך חוטי קווי חשמל בעלי מתח גבוה, הזרם מסובב את המתנע ומטעין את הסוללה במכונית שלנו, גם ברק במהלך סופת רעמים הוא זרם חשמלי.

אלקטרוליזה, ריתוך חשמלי, ניצוצות של חשמל סטטי על מסרק, זרם זורם בספירלה של מנורת ליבון, ואפילו בפנס כיס זעיר זרם זעיר זורם דרך נורת לד. למותר לציין כי ליבנו, המייצר גם זרם חשמלי קטן, מורגש במיוחד במהלך העברת הליך הא.ק.ג.

בפיזיקה נהוג לקרוא זרם חשמלי הורה על תנועה של חלקיקים טעונים ובעיקרון של נושאי מטען. אלקטרון הנע סביב גרעין אטומי הוא גם זרם. וגם שרביט אבוניט טעון, אם תחזיק אותו בידך ותעביר אותו מצד לצד, יהפוך גם למקור לזרם: יש מטען שאינו שווה לאפס והוא זז.

אנלוגיות פיזיות בין זרימת המים במערכת אספקת מים לזרם חשמלי: חיווט וצנרת

זרם DC:

הזרם זורם דרך חוטי מכשירי חשמל ביתיים המופעלים באמצעות שקע בקיר - אלקטרונים נעים קדימה ואחורה 50 פעמים בשנייה - זה נקרא זרם חילופין.

מאז האותות בתדר גבוה בתוך מכשירים אלקטרוניים הם זרם חשמלי אלקטרונים וחורים (נשאי מטען חיובי) נעים בתוך המעגל.

כל זרם חשמלי מוליד את קיומו. שדה מגנטי. סביב המוליך עם הזרם הוא בהכרח נוכח. אין שדה מגנטי ללא זרם ואין זרם ללא שדה מגנטי.

גם אם אין שדה מגנטי סביב הזרם, זה רק אומר ששדות מגנטיים של שני הזרמים בזמן התצפית מקבלים פיצוי הדדי, כמו בחוט הדו-תילי של כל קומקום חשמלי - הזרמים המתחלפים מכוונים בכיוונים מנוגדים בכל רגע וזורמים זה לזה - השדות המגנטיים שלהם הם חבר מנטרל. זה נקרא העיקרון של superposition של שדות מגנטיים.

בפועל, קיומו של זרם חשמלי מצריך נוכחות של שדה חשמלי, פוטנציאל או ערמומי. מטענים כמעט נדירים נעים באופן מכני גרידא (כגון בגנרטור ואן דה גראף - גומיה חשמלית).

מחולל ואן דה גראף:

בשדה חשמלי, חלקיק טעון חווה את פעולתו של כוח חשמלי, המכונה מקור זרם EMF - כוח אלקטרומוטי. EMF נמדד בוולטים כמו גם המתח בין שתי נקודות במעגל חשמלי. ככל שהמתח המופעל על הצרכן גדול יותר, כך הזרם החשמלי יכול להיות גדול יותר.

מתח לסירוגין מייצר זרם חילופין במוליך אליו הוא מופעל, מכיוון שהשדה החשמלי המופעל על מובילי המטען יהיה גם כן לסירוגין במקרה זה. מתח קבוע - תנאי לקיומו של זרם קבוע במוליך.

מתח בתדר גבוה (שינוי כיוונו מאות אלפי פעמים בשנייה) תורם גם לזרם חילופין במוליכים, אך ככל שהתדר גבוה יותר, כך נושאי המטען פחות משתתפים ביצירת זרם בעובי המוליך, מכיוון שהשדה החשמלי הפועל על חלקיקים טעונים נעקר קרוב יותר לפני השטח, ומתברר שהזרם לא זורם במוליך, אלא לאורך פני השטח שלו. זה נקרא אפקט העור.

זרם חשמלי יכול להתקיים בוואקום, במוליכים, באלקטרוליטים, במוליכים למחצה ואפילו בדיאלקטרי (זרם הטיה).נכון, לא יכול להיות כיוון דיאלקטרי זרם ישר, מכיוון שלמטענים בהם אין את היכולת לנוע בחופשיות, אלא יכולים לנוע רק במרחק האינטרמולקולרי ממקומם המקורי תחת פעולה של שדה חשמלי מיושם.

זרם חשמלי אמיתי מרמז תמיד על אפשרות לתנועה חופשית של מטענים חשמליים בהשפעת שדה חשמלי.

המושג "זרם חשמלי" הוצג על ידי הפיזיקאי האיטלקי אלסנדרו וולטה. זרם חשמלי, או, על פי גרסתו, "נוזל חשמלי" זרם במעגל סגור המחבר את המעגלים הקיצוניים של העמוד הוולטאי עם מוליך מתכת.

עמוד Votlt (1800) היה סוג החשמל הלא-אלקטרוסטטי הראשון (מקור זרם קבוע), שהורכב מעיגולי נחושת ואבץ לסירוגין המופרדים על ידי מצעי בד מרטיבים במים או חומצה חמוצה.

קיומו של פוטנציאל גבוה קבוע על עמוד וולט היה תופעה חדשה לחלוטין באותה תקופה. זה היה המקור הכימי הראשון לחשמל, שהפוטנציאל שלו היה קבוע בזמן ולא נדרש שום שיטות לחשמל לצורך חידושו.

הקוטב הוולטאי, המורכב ממספר גדול של מעגלים, היה בקצוות פוטנציאל גבוה למדי, אותו ניתן היה לאתר לא רק באמצעות מכשירי מדידה (בפרט באמצעות אלקטרוסקופ), אלא גם באמצעות נגיעה במעגלים הקיצוניים בידיים. במקביל, הורגש שוק חשמלי חזק, כמו מפחית ליידן.

הגילוי של וולטה התפשט במהירות רבה בפיזיקה, הפך להיות נושא למחקר נוסף. בשנת 1800 גילו פיזיקאים המשתמשים בעמוד וולטאי את ההשפעה האלקטרוכימית של זרם, ובמיוחד פירוק תחת פעולת זרם מים לחמצן ומימן. חוויות עם תאים גלווניים מותר לזהות, בנוסף לכימיקלים, תכונות חדשות נוספות של הזרם, כולל השפעותיו התרמיות והמגנטיות.

הפיזיקאי הצרפתי א. מ. אמפר הקדיש מספר יצירותיו לחקר הקשר בין זרם חשמלי למגנטיות. הוא מצא ששני מוליכים עם השפעה עכשווית חווים השפעה הדדית - משיכה או דחיה, תלוי בכיוון הזרמים בהם. עם עבודותיו הניח את היסודות לאלקטרודינמיקה.

הוא הציע את המונח "זרם חשמלי" והציג את מושג הכיוון שלו במקביל לתנועת החשמל החיובי. לכבודו של A. M. Ampere נקראת יחידת מדידה של זרם חשמלי. אמפר היא אחת משבע היחידות הבסיסיות של מערכת SI.

לזרם חשמלי מספר תכונות בהן ניתן להשתמש ביעילות במקרים מעשיים רבים. תכונות כאלה כוללות הפיכה באמצעים טכניים פשוטים לאנרגיה של זרם חשמלי לאנרגיה מסוגים אחרים (תרמיים, קלים, מכניים, כימיים) ואת האפשרות להעבירו למרחקים ארוכים, מהירות ההתפשטות.

עובדות מעניינות:

לאן זורם זרם חשמלי?

למה תחת קווי חשמל

איזה זרם מסוכן יותר, ישיר או מתחלף?

מהי מכונת דינמו. גנרטורים DC הראשונים

אפקט פלטייר: השפעת הקסם של זרם חשמלי

Comments

[#1 פאבל]

זרם חשמלי הוא תנועה של אלקטרונים חופשיים בין שתי נקודות של מוליך.

[#2 ניקולאי]

פאבל, הגדרה מדויקת יותר היא: "זרם חשמלי הוא תנועה של מטענים חשמליים בהשפעת שדה חשמלי."במשך קיומו הממושך של זרם חשמלי, יש צורך בשדה חשמלי שיפעל על חלקיקים אלמנטריים טעונים, כלומר יש צורך בהבדל רב-חוזר ונשנה בפוטנציאלים החשמליים. ניתן להגדיר זרם חשמלי כתנועה כיוונית של חלקיקים טעונים. עם זאת, על פי מקסוול, מושג הזרם החשמלי כולל גם תופעות הקשורות לשינוי בשדה החשמלי לאורך זמן (זרם הטיה), והסימן העיקרי לזרם חשמלי הוא נוכחות של שדה מגנטי הקשור תמיד לזרם זה.