הבנת זרימת זרם החשמל במעגלים

אלקטרונים נעים

מה שאנחנו מכנים זרם חשמלי מתרחש ברמת החלקיקים בין האטומים של חומר מוליך במעגל ביתי, זה 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 אלקטרונים זו היא שיוצרת זרם חשמלי - קפיצה של אלקטרונים טעונים שלילית מאטום לאטום.

איך עובדים גנרטורים

מה שולח את האלקטרונים לתנועה? הפיזיקה מסובכת, אך במהותה, זרימה חשמלית בחוטי המעגל מתאפשרת באמצעות מחולל שירות (טורבינה המופעלת על ידי רוח, מים, כור אטומי או שריפת דלקים מאובנים). בשנת 1931 גילה מייקל פאראדי כי מטענים חשמליים נוצרו כאשר חומר המוליך חשמל (חוט מתכת) מועבר בתוך שדה מגנטי. זהו המנהל שבו פועלים גנרטורים מודרניים: הטורבינות - בין אם הן מופעלות על ידי מים נופלים או קיטור שנוצרו על ידי כורים גרעיניים - מסובבות סלילי ענק של חוט מתכת בתוך מגנטים ענקיים, וכך גורמים למטענים חשמליים לזרום.

עם השדה החשמלי המסיבי הזה של מטענים חיוביים ושליליים, האלקטרונים בחוטים ברחבי רשת החשמל קופצים לפעולה ומתחילים לזרום בקצב עם שדה החשמל. כשאתה מהפך מתג אור או מחבר מנורה או טוסטר, אתה ממש מקיש על זרם אלקטרוני גדול של שירותים הנשלף ונדחף על ידי גנרטורי שירות שעשויים להיות במרחק של מאות קילומטרים משם.

לעיתים משווים גנרטורים חשמליים למשאבות מים - הם לא יוצרים חשמל (בדיוק כמו שמשאבת מים לא יוצרת מים), אך הם מאפשרים את זרימת האלקטרונים.

זרם = זרם חשמל

המונח זרם מתייחס לזרימה פשוטה של אלקטרונים במעגל או במערכת חשמל. ניתן גם לדמות זרם חשמלי לכמות, או לנפח, המים הזורמים דרך צינור מים. זרם חשמלי נמדד בספק או במגברים.

זרם זרם חילופין לעומת זרם DC

זרם חשמלי קיים בשני סוגים: זרם חילופין (AC) וזרם ישר (DC). מבחינה טכנית, זרם DC זורם בכיוון אחד בלבד, בעוד שזרם AC הופך כיוון. במונחים יומיומיים, זרם חילופין הוא הצורה של חשמל שנוצר על ידי גנרטור המפעיל אורות, מכשירים ושקעים בביתכם, בעוד שזרם זרם החשמל הוא צורת החשמל שמספקים סוללות. לדוגמה, הפנסים שלך הם מערכות DC, ואילו שקעי הבית שלך משתמשים במערכת AC.

מקורות אנרגיה מתחדשים רבים כגון גנרטורים סולאריים ורוח, מייצרים חשמל DC המומר ל- AC לשימוש בבית. מצבר של רכב הוא מערכת DC המשמשת להפעלת המנוע, אך ברגע שהמנוע מופעל, במערכת החשמל של הרכב יש אלטרנטור שמתחיל ליצור זרם זרם חילופין להפעלת המערכות השונות.

מתח = לחץ

מתח, המכונה גם כוח אלקטרומוטיבי, מוגדר לעיתים קרובות כלחץ האלקטרונים במערכת. ניתן לדמות את זה ללחץ המים בצינור. המעגלים הסטנדרטיים בביתכם נושאים כ -120 וולט (המתח בפועל יכול לנוע בין 115 עד 125 וולט) או 240 וולט (טווח בפועל: 230 עד 250 וולט). מרבית גופי התאורה והשקעים מוזנים ממעגלי 120 וולט, בעוד מייבשים, טווחים ומכשירים גדולים אחרים משתמשים בדרך כלל במעגלי 240 וולט.

הספק = קצב זרימה

המונח הספק מתייחס לקצב שבו אנרגיה חשמלית מתפזרת, או נצרכת. כמות החשמל הכוללת הנצרכת על ידי מערכת החשמל בביתך נקראת דרך המונה החשמלי של חברת השירות. זה נמדד בקילוואט שעות או 1000 וואט, וכך מחייבים אותך.

לכל מכשיר חשמלי, כמו גוף תאורה או מכשיר, קצב השימוש נמדד בוואט. לדוגמה, נורה של 100 וואט הנשרפת במשך 10 שעות משתמשת בקילוואט שעה אחת של חשמל.

מגברים, וולט וואט קיימים ביחס מתמטי זה לזה, המתבטאים כדלקמן: וואט = וולט x אמפר

אם מכשיר מדורג ב -120 וולט וב -10 אמפר, הוא ישתמש עד 1200 וואט כשהוא פועל: 120 וולט x 10 אמפר = 1200 וואט.

אוהם = התנגדות

אוהם הם מדידת ההתנגדות לזרימת אלקטרונים דרך חומר מוליך. ככל שההתנגדות גבוהה יותר, כך זרימת האלקטרונים נמוכה יותר. התנגדות זו גורמת לכמות מסוימת של חום להיווצר במעגל. הסיבה שמייבש שיער נושף אוויר חם, למשל, היא בגלל התנגדות בחיווט הפנימי, שמייצר חום. וזאת ההתנגדות בחוטים הזעירים של נורת ליבון שגורמת לה להתחמם ולהאיר באור. זהו גם התנגדות שיכולה להתחמם יתר על המידה בכבל מאריך אם משתמשים בו במכשיר ששואב יותר מדי זרם.

בחיווט המעגלים, התנגדות רבה מדי יכולה להעמיס על מעגל ולגרום לשריפה חשמלית. מכיוון שחיבורים גרועים הנגרמים על ידי דברים כמו מסופי בורג רופפים וקורוזיה הם ככל הנראה אשמים, יש לבדוק חיבורי חשמל באופן קבוע כדי להבטיח בטיחות במערכת חשמל.