חשמל

אפשר למיין את הגופים הטעונים לשתי קבוצות, ולייחס לכל אחת מהן מטען שסימנו מוגדר - חיובי או שלילי. מטענים שווי-סימן דוחים זה את זה; מטענים שוני-סימן מושכים זה את זה.

מטענו של גוף מורכב הוא סכום מטעניהם של מרכיביו. הניסיון מורה כי המטען הכולל של מערכת סגורה (שאינה קולטת או פולטת דבר) הוא קבוע: אם "נוצר" מטען חיובי, "נוצר" גם מטען שלילי. הואיל ומערכת סגורה אינה יכולה לאבד מטען, או ליצור מטען יש מאין, חל על המטען החשמלי חוק שימור.

לאטום יש גרעין בעל מטען חיובי שסביבו נעים אלקטרונים בעלי מטען שלילי, ולכן יש משיכה חשמלית בין הגרעין והאלקטרונים שסביבו, אולם האטום השלם הוא נייטרלי מבחינה חשמלית. אם מוסיפים או גורעים אלקטרונים, מתקבל יון - אטום טעון. גם הכוחות המחזיקים את האטומים במערכות מורכבות יותר (מולקולות, גבישים) הם כוחות חשמליים.

מכאן אפשר להסביר את תופעת "חשמול" הענבר: שפשוף המוט בפרווה מביא לכך שמטענים עוברים מזה לזה, ושני הגופים נעשים טעונים: באחד מהם עודף מטען חיובי, שנתקבל ממשנהו; השני נותר איפוא עם גרעון במטען חיובי, כלומר עודף מטען שלילי. בדרך זו אפשר להעניק לגופים רבים מטען חשמלי. אם המטען נעשה גדול מדי, הוא שואף להתפרק: הברק הוא תופעה של התפרקות חשמלית.

תחנת הכוח באשקלון (צילום: אמיר כהן)

את כוח המשיכה או הדחייה בין מטענים מסבירים באמצעות מושג השדה: כל מטען חשמלי מתואר כמוקף בשדה, שהוא מרחב פעולתו של הכוח החשמלי. דרך נוחה לתיאור גרפי של שדה היא כנקודה שממנה יוצאים קווים לכל עבר; צפיפות הקווים היא אמת מידה לעוצמת השדה. התכונה המאפיינת את שדהו של מטען חשמלי היא הפוטנציאל, כמות העבודה שיש להשקיע כדי להביא מטען חשמלי חיובי המצוי מחוץ לשדה אל נקודה כלשהי בתוך השדה. הפוטנציאל של נקודה בשדה עולה ככל שהיא קרובה לנקודה שבה מצוי המטען. הפוטנציאל נמדד ביחידות וולט.

רוב תופעות החשמל המוכרות לנו מחיי היומיום נוגעות לתנועות של מטענים, ובאלה עוסק הערך אלקטרודינמיקה.

תכונותיהם החשמליות של חומרים כוללות את מידת ההתנגדות למעבר זרם בהן, ואת היפוכה - המוליכות. בחומרים מסוימים, התוצא הפיאזו-חשמלי גורם להיווצרות הפרש פוטנציאלים בין שני צדדיו של גביש של החומר כאשר מופעל עליו לחץ מכני; הפרש הפוטנציאלים גורם לתנועת זרם. התוצא התרמו-חשמלי כולל למעשה שלושה תוצאים שונים של יחסי גומלין בין חשמל וחום: שינוי הטמפרטורה בנקודת המפגש בין שתי מתכות, כאשר עובר ביניהן זרם חשמלי; מעבר זרם חשמלי בין חומרים שונים ששרויים בטמפרטורות שונות; ושינוי בעוצמתו של זרם שעובר במוליך אחיד שקצותיו שרויים בטמפרטורות שונות. קרוב לזה התוצא התרמיוני - פליטת אלקטרונים מחומרים מסוימים עקב התחממותם. בדומה לכך, התוצא הפוטו-חשמלי הוא פליטת אלקטרונים מחומרים מסוימים עקב פגיעת פוטונים של אור בהם, או שינוי המוליכות של חומרים עקב פגיעת פוטונים. היפוכו הוא נהורנות חשמל - פליטת אור מחומר עקב מעבר זרם חשמלי בו (להבדיל מליבון, שהוא פליטת אור עקב חימום, בין שגורם החימום חשמלי או אחר). התוצא הביו-חשמלי עוסק בהופעותיו השונות של חשמל בתהליכי החיים, כמו למשל במערכת העצבים, וביצורים המחוללים מטען חשמלי לצרכים אחרים, כמו החשמלן והאלקטרופורוס. יש גם יצורים המסוגלים לחוש בנוכחותם של זרמים חשמליים, כגון כמה מיני כרישים.

האלקטרואופטיקה עוסקת בקשר בין תופעות חשמליות ואופטיות וביישומי החשמל לאופטיקה, והאלקטרוכימיה עוסקת בתכונותיהם החשמליות של חומרים בכלל, וביישומי החשמל לכימיה.

התועלת שהחשמל מביא לאדם גדולה במידה כזו שהאדם המודרני יתקשה לתאר לעצמו את חייו בלי חשמל, והיא מתוארת בערכים רבים מאוד באנציקלופדיה זו. בין היתר עוסקים בה הערכים השונים מתחום האלקטרוכימיה והאלקטרוניקה. יש לחשמל אפילו יישום רפואי ישיר (שנוי במחלוקת גדולה), הקרוי הלם חשמלי, מלבד יישומיו הרבים מספור לאבחון ולטיפול רפואיים. עם זאת, השימוש בחשמל גם כרוך בסכנות, המתוארות בערך מכת חשמל. 

ראו גם: אלקטרוליזה; גנרטור; הפקת חשמל; מעגל חשמלי.

לכתבה המלאה - לחצו כאן.