אינטרנט  |  ynet  |  בעלי מקצוע  |  קניות  |  האינדקס  |  ספקים למשרד
|שלום אורח
התחבר
|הירשמו ל-ynet

   חדשות תוכן ועדכונים 24 שעות - Ynet


 פורמט להדפסה  הדפס

ערכים קשורים
 חלקיקים תת-אטומיים
 מידות ומשקלות
 שרל-אוגוסטן דה קולון
 אלקטרודינמיקה
 אלקטרון
 קוורקים
 אטום
 פרוטון
 יון
 ענבר
 חשמל
 מעגל חשמלי
 קבל
 שדה
 ריק
 אנרגיה
 עבודה והספק


תחומים קשורים
 אלקטרוניקה
 מחשבים ואלקטרוניקה
 פיסיקה


 
 
 

אלקטרוסטטיקה


Electrostatics

מטען חשמלי |  שדה חשמלי |  כוח חשמלי |  פוטנציאל חשמלי

אלקטרוסטטיקה, חקר התופעות הקשורות במטענים חשמליים שאינם נעים, כלומר מטענים שמצויים במצב של שיווי משקל סטטי - כל הכוחות הפועלים על המטען מאזנים במדויק אלה את אלה. משום כך קרוי התחום הזה גם בשם "חשמל סטטי". עוצמתו של הכוח החשמלי הפועל בטבע גבוהה מאוד; אי לכך, גופים טעונים מגיעים מהר מאוד למצב של שיווי משקל סטטי. במכלול התופעות הנוגעות למטענים חשמליים נעים עוסקת האלקטרודינמיקה.

 

מושגי היסוד של האלקטרוסטטיקה הם: מטען, שדה, כוח ופוטנציאל.

 


מטען חשמלי

המטען החשמלי הוא תכונה סגולית של רבים מחלקיקי היסוד של החומר, המאפשרת להם להפעיל כוח על חלקיקים אחרים שניחנו בתכונה זו. המדע מבחין בין שני סוגים של מטענים, שמקובל (שרירותית) לסמנם כחיובי ( + ) וכשלילי ( - ). אם נתונים שני מטענים בעלי סימנים זהים, הכוח מתבטא בכך שהם דוחים זה את זה; ואם סימניהם שונים, הם מושכים זה את זה.

 

בשיטה הבינלאומית של מידות ומשקלות, יחידת המטען היא הקוּלוֹן, וסימנה C. היא קרויה על שם הפיסיקאי הצרפתי שרל-אוגוסטן דה קולון. קולון אחד מוגדר ככמות המטען שנושא זרם חשמלי של אמפר אחד כאשר הוא עובר דרך נקודה נתונה בשנייה אחת. בטבע, היחידה הקטנה ביותר האפשרית למטען חשמלי היא מטענו של האלקטרון, השווה 1.60219x10-19 קולון. (לקוורקים השונים מיוחס מטען חשמלי חיובי או שלילי של שליש או שני שלישים ממטען האלקטרון, אך מכיוון שלעולם אין קוורק יכול להתקיים ביחידוּת, אין בנמצא שום גוף בדיד שמטענו הוא שבר של מטען האלקטרון.)

 

באטום רגיל של חומר, מספר האלקטרונים בעלי המטען השלילי שווה למספר הפרוטונים בעלי המטען החיובי. לפיכך האטום נייטרלי מבחינה חשמלית. אבל הוא עשוי לאבד או לקלוט אלקטרון או אף כמה אלקטרונים, ואז הוא הופך ליון טעון. בממדים מאקרוסקופיים, גוף טעון הוא כל גוף שיש בו עודף של חלקיקים בעלי מטען מסימן אחד על החלקיקים בעלי הסימן האחר.

 

עקב שאיפתם של גופים למצב של שיווי משקל אלקטרוסטטי, אנו מוצאים גופים רבים שהם נייטרליים מבחינה חשמלית, אף שהם מכילים חלקיקים טעונים. אולם המצב עשוי להשתנות עקב נוכחותו של מטען חשמלי בקרבתם: מטען זה ימשוך לעברו את חלקיקי הגוף שמטענם שונה, ובה בעת ידחה את אלה שמטענם דומה. במידה ויש יכולת תנועה כלשהי לחלקיקים הללו באותו גוף, הם ינועו בהתאם והקוף בכללותו, אף שיישאר נייטרלי בסיכומו של חשבון, ייעשה מקוטב: יהיה בו ריכוז של מטענים מסוג אחד בצדו האחד, ושל מטענים מהסוג האחר בצדו האחר. תופעה זו נקראת השראה (אינדוקציה) אלקטרוסטטית.

 

בדרך זו מוסברת משיכת פיסות נייר לענבר טעון, למשל, כמתואר בערך חשמל. מטענו החיובי של הענבר מקרב מטענים שליליים בנייר אל הצד הקרוב לענבר, ומכיוון שפיסת הנייר קלה מאוד, היא עשויה לנוע פיסית לעבר הענבר.

 

במעגלים חשמליים, ההתקן השכיח לאחסנת מטען חשמלי הוא הקבל.

 


שדה חשמלי

כל גוף טעון במטען חשמלי מחולל שדה חשמלי שמקיף אותו. לפי ההגדרה, שדה חשמלי הוא האיזור במרחב שבו יחוש גוף טעון אחר בהשפעתו של הגוף המחולל את השדה – יימשך אליו אם סימנו שונה, או יידחה ממנו והלאה אם סימנו שווה. להלכה, כל שדה חשמלי משתרע עד לאינסוף. אך בפועל, הואיל ועוצמת השדה פוחתת עם ריבוע המרחק, לכל מטען יש שדה מוגבל בממדיו מבחינה מעשית.

 

בהמחשה גרפית, אפשר לתאר את השדה החשמלי באמצעות חצים, הקרויים "קווי שדה". כשמדובר בתיאור דו-ממדי של שדהו של מטען נקודתי יחיד, החצים יוצאים ממנו לכל הכיוונים. אם המטען מחולל השדה חיובי, ראשי החצים מורים ממנו והלאה; אם הוא שלילי, הם מורים לעברו. זוהי מוסכמה בלבד. מספר הקווים הוא להלכה אינסופי, אך בפועל מקובל לשרטט רק את מקצתם. מספר הקווים משקף את עוצמת השדה: אם משרטטים שני שדות, האחד חזק והאחר חלש ממנו, בשדה החזק ישורטטו יותר קווים.

אלקטרוסטטיקה קווי השדה בין שני מטענים שוני-סימן

              קווי השדה בין שני מטענים שוני-סימן

אלקטרוסטטיקה קווי השדה בין שני מטענים שווי-סימן

               קווי השדה בין שני מטענים שווי-סימן

 


כוח חשמלי

בין כל שני גופים טעונים פועל כוח חשמלי של משיכה או דחייה. חוק קולון משמש את האלקטרוסטטיקה לחישוב כוח זה:

 

אלקטרוסטטיקה

כאשר F הוא הכוח הפועל בין שני המטענים (נמדד ביחידות ניוטון); q1 ו-q2 הם שני המטענים (ביחידות קולון); d הוא המרחק בין המטענים (במטרים); ו-k הוא קבוע שגודלו תלוי בטיבו של התווך שבו מצויים המטענים. בריק, ערכו של k הוא  8.98x109, והוא נמדד ביחידות ניוטון מטר רבוע לקולון רבוע. בתווכים אחרים, k מציין את הפֶּרְמיטיביות (permittivity) של החומר, כלומר, בהכללה, יכולתו הסגולית "להתיר" תנועה של מטען חשמלי בו.

 

מעשית, ניתן לתאר את q1 כמצוי בשדהו של q2, או את q2 כמצוי בשדהו של q1. זוהי רק שאלה של נוחות. מחוק קולון עולה כי עוצמת השדה החשמלי שחש בו גוף טעון תלויה במרחקו של גוף זה מהמטען הנתפס כמחולל השדה. שדה חשמלי מורכב, שנובע מכמה מקורות, מתואר על פי עקרון ההֶחבֵּר (סופרפוזיציה) כסכום כל השדות של המקורות הללו. הואיל והכוח החשמלי הוא גודל וקטורי, כלומר, הוא פועל בכיוון מוגדר, יש להביא בחשבון את הווקטורים השונים בתיאורו של חלקיק יחיד השרוי בשדה חשמלי מורכב.

 


פוטנציאל חשמלי

הפוטנציאל החשמלי הוא גודל סקלרי (לא-כיווני), המתייחס לשדות חשמליים ומתאר את האנרגיה שלהם. הפוטנציאל מוגדר ככמות העבודה שצריך גורם חיצוני לעשות על מנת להביא יחידת מטען ממרחק אינסופי (שבו השפעת המטען מחולל השדה אינה מורגשת כלל) לנקודה נתונה בשדה. הפוטנציאל החשמלי מסומן באות Φ, ונמדד ביחידות ווֹלט. הוא נתון עפ"י הנוסחה:

 

אלקטרוסטטיקה

כאשר r מציין את מרחקה של הנקודה שבה נמדד הפוטנציאל מהמטען Q שמחולל את השדה.

 

מושג הפוטנציאל שימושי במיוחד כשמדובר בהפרש פוטנציאלים, כלומר בהבדל בין הפוטנציאל של שדה נתון בנקודה א' ובנקודה ב'. הפרש הפוטנציאלים הוא כמות העבודה שיש לעשות כדי להביא יחידת מטען מא' לב'. ניתן איפוא לתאר את השדה החשמלי כמפת השינויים בפוטנציאל חשמלי במרחב, והדבר שימושי מאוד לפתרון בעיות שונות באלקטרוסטטיקה. מרחב שיש בו פוטנציאל חשמלי משתנה, הוא מרחב שפועל בו כוח על מטען שמובא לתוכו. אפשר לדמיין זאת כמין שיפוע – גרדיינט – שבו "מתגלגל" המטען המובא לשדה. אם מטען זה שונה בסימנו מהמטען שמחולל את השדה, שנסמנו באות Q, הרי שהוא ינוע לעבר Q בקצב שתלוי בשיפוע, כלומר בהפרש הפוטנציאלים; ואם הסימנים שווים, הוא ינוע מ-Q והלאה (הכול בתנאי שהתווך שבו מצוי השדה מאפשר מעבר חופשי למטענים חשמליים).

 

בשדה חשמלי יש נקודות שהעברת מטען ביניהן אינה כרוכה בכל עבודה, משום שמרחקן מהמטען מחולל השדה שווה. הנקודות הללו, כשהן מחוברות יחדיו, יוצרות משטחים שווי-פוטנציאל (equipotential). אם המטען הוא נקודתי ויחיד, המשטחים שווי הפוטנציאל מתווים כדורים קונצנטריים סביבו.

 


יש לכם הערה לערך ?


חזרה לעמוד הקודם
חזרה לעמוד הראשי של האנציקלופדיה

חדשות
דעות
כלכלה
ספורט
צרכנות
תרבות ובידור
רכילות Pplus
מחשבים
בריאות
ירוק
יהדות
תיירות
רכב
אוכל
יחסים
סרטים
הוט
כלכליסט
משחקים
מקומי
קהילות
לימודים
מדע
לאישה
דרושים
ynet-shops
ynettours
winwin
בעלי מקצוע
ביגדיל
 

אודות ועזרה
כתבו אלינו
עזרה
מדיניות פרטיות
תנאי שימוש
מפת האתר
ארכיון
מרכזי המבקרים
Israel News
 
אודות האתר
RSS
הפוך לדף הבית
ynet בסלולר
ניוזלטרים
פרסמו אצלנו
אנציקלופדיה
באבלס
ערוצי תוכן
חדשות
כלכלה
ספורט
תרבות
בריאות
מחשבים
נופש
Xnet
Yschool
יהדות
דעות
צרכנות
תיירות
אוכל
רכב
בעלי חיים
קטלוג אופנה
JumpStarter
יחסים
קהילות
אסטרולוגיה
מעורבות
ירוק
לאשה
דילים
ynetArt
kick
כלכליסט
בלייזר
רכילות Pplus
מנטה
משחקים
mynet
מפות
פרוגי
כלים ושירותים
קניות
מניות
דרושים
מחירון רכב
דירות להשכרה
קופונים
זיכרונט
דירות למכירה
לוח רכב
יד שניה
בעלי מקצוע
משחקים Games
עברית
דירות חדשות

YIT  - פיתוח אינטרנט ואפליקציותTotal media - Interactive media technologiesApplication delivery by radwarePowered by Akamaiהאתר פועל ברישיון אקו"םהאתר פועל ברישיון תל"יאקטיב טרייל
as25-c  כל הזכויות שמורות לידיעות אינטרנט ©