יסודות החשמל: מתח, זרם ושדות חשמליים

• חשמל הוא תופעת טבע בסיסית הקשורה למטען חשמלי, כוח וזרם.
• קיימים שני סוגים של מטען חשמלי: חיובי ושלילי.
• מטענים זהים דוחים זה את זה, בעוד שמטענים הפוכים נמשכים זה לזה.
• הכוח בין מטענים חשמליים מתואר על ידי חוק קולון.
• חוק קולון קובע שהכוח החשמלי בין שני מטענים הוא יחסי ישר לגודל המטענים ויחסי הפוך לריבוע המרחק ביניהם.

שדה חשמלי

• שדה חשמלי הוא אזור במרחב שבו מטען חשמלי ירגיש כוח.
• השדה החשמלי מוגדר ככוח הפועל על יחידת מטען חיובית.
• קווי שדה חשמלי מצביעים על כיוון הכוח שהיה מפעיל על מטען חיובי.

מתח חשמלי

• מתח חשמלי, הנקרא גם פוטנציאל חשמלי, הוא האנרגיה הדרושה ליחידת מטען כדי להעביר אותה מנקודה אחת לאחרת בשדה חשמלי.
• הפרש הפוטנציאלים נקרא מתח והוא נמדד בוולטים (V).

זרם חשמלי

• זרם חשמלי הוא זרימה של מטען חשמלי.
• הזרם נמדד באמפר (A), כאשר אמפר אחד שווה ערך לזרימה של קולון אחד של מטען לשנייה.
• קיימים שני סוגים של זרם: זרם ישר (DC), הזורם בכיוון אחד בלבד, וזרם חילופין (AC), המחליף כיוון באופן תקופתי.

מעגלים חשמליים

• מעגל חשמלי הוא נתיב סגור המאפשר לזרם חשמלי לזרום.
• מעגל טיפוסי מורכב ממקור מתח, רכיבים כמו נגדים, קבלים ומשרנים, ומוליכים המחברים אותם.
• רכיבים במעגל יכולים להיות מחוברים בסדרה או במקביל.

רכיבים טוריים

• לרכיבים המחוברים בסדרה יש אותו זרם זורם דרכם.
• ההתנגדות הכוללת במעגל טורי שווה לסכום ההתנגדויות הבודדות.
• המתח הכולל במעגל טורי מחולק בין הרכיבים.

רכיבים מקביליים

• לרכיבים המחוברים במקביל יש אותו מתח עליהם.
• הזרם הכולל במעגל מקבילי שווה לסכום הזרמים בענפים הבודדים.
• ההתנגדות הכוללת במעגל מקבילי קטנה מההתנגדות הקטנה ביותר בענף.

חוק אוהם

• חוק אוהם קובע שהמתח על פני מוליך הוא יחסי ישר לזרם הזורם דרכו וההתנגדות של המוליך.
• המתמטית, חוק אוהם מיוצג כ: V = IR, כאשר V הוא המתח, I הוא הזרם, ו-R הוא ההתנגדות.

התנגדות

• התנגדות היא מדידה של ההתנגדות לזרימת זרם חשמלי בחומר.
• ההתנגדות נמדדת באוהם (Ω).
• ההתנגדות של מוליך תלויה באורך, בשטח החתך ובטמפרטורה שלו.

קיבוליות

• קיבוליות היא היכולת של רכיב לאגור אנרגיה בצורה של שדה חשמלי.
• קבלים הם רכיבים המשמשים לאגירת אנרגיה חשמלית.
• הקיבוליות נמדדת בפאראד (F).

השראות

• השראות היא הנטייה של מוליך להתנגד לשינויים בזרם החשמלי הזורם דרכו.
• משרנים הם רכיבים המשמשים לאגירת אנרגיה בשדה מגנטי.
• השראות נמדדת בהנרי (H).

כוח חשמלי

• הספק חשמלי הוא קצב העברת האנרגיה במעגל חשמלי.
• הוא נמדד בוואטים (W).
• ההספק מחושב על ידי הכפלת המתח בזרם: P = VI.

אנרגיה חשמלית

• אנרגיה חשמלית היא האנרגיה שנרכשת מזרם חשמלי.
• הוא נמדד בג'אול (J) או קילוואט-שעה (kWh).
• האנרגיה הנצרכת על ידי מכשיר חשמלי מחושבת על ידי הכפלת ההספק בזמן השימוש בו: E = Pt.

מעגלים טוריים-מקביליים

• מעגלים מורכבים יכולים לכלול שילובים של רכיבים טוריים ומקביליים.
• ניתוח מעגלים אלה כולל פישוט המעגל באמצעות שילובי התנגדות טוריים ומקביליים כדי למצוא את הזרם, המתח וההספק בכל רכיב.

מכשירי מדידה

• מכשירי מדידה חיוניים לניתוח מעגלים חשמליים.
• מולטימטרים יכולים למדוד מתח, זרם והתנגדות.
• אוסילוסקופים מציגים צורות גל של מתח לאורך זמן.
• אמפרמטרים מודדים זרם, ווולטמטרים מודדים מתח.

בטיחות בחשמל

• בטיחות בחשמל היא חשיבות עליונה בעבודה עם מעגלים חשמליים.
• יש לנקוט משנה זהירות כדי למנוע התחשמלות, שעלולה להיות קטלנית.
• אמצעי בטיחות כוללים שימוש בכלים מבודדים, הימנעות מעבודה עם מים וכיבוי החשמל לפני עבודה על מעגלים.

יישומי חשמל

• לחשמל יש יישומים רבים בחיי היומיום, כולל הפעלת בתים, תעשיות ומערכות תחבורה.
• הוא משמש גם באלקטרוניקה, תקשורת וציוד רפואי.
• אנרגיה חשמלית יכולה להיות מיוצרת באמצעות מקורות שונים, כגון דלק מאובנים, אנרגיה גרעינית ומקורות מתחדשים כמו אנרגיה סולארית ורוח.