Skip to main content

פעילויות - מטען חשמלי

מהו מטען חשמלי? - בלי אלקטרונים ופרוטונים...

פעילות מאת ד"ר ירון להבי - מוזיאון המדע והמכללה האקדמית לחינוך ע"ש דוד ילין


מטרות:

  • להדגים את פעולת הטעינה החשמלית
  • להגדיר מטען חשמלי בעזרת אלקטרו סקופ
  • להראות כיצד מתוך הגדרה זו אפשר לגלות את התכונות הבאות של מטען חשמלי:
    • מטען יכול לעבור ממקום למקום
    • קיימים חומרים מוליכים וחומרים מבדדים
    • קיימים שני סוגים של מטען חשמלי
    • שני הסוגים מבטלים זה את השפעתו של זה
    • מטענים מאותו סוג מפעילים זה על זה כוח דחיה
    • מטענים מסוג שונה מפעילים זה על זה כוח משיכה
 

מבוא - כיצד מגדירים גדלים בסיסיים בפיזיקה:


מהו זמן? מהו אורך, מהי מסה? מהו מטען חשמלי? הגדלים הבסיסיים בפיזיקה, מוגדרים על פי האופן שבו מודדים אותם. במקרה של אורך למשל, ההגדרה על פי שיטת המדידה תהיה: אורך הוא מה שמודדים בעזרת מוט מוסכם (אצבע, אמה, סרגל וכו'). גם זמן אפשר להגדיר כך: זמן הוא מה שמודדים בעזרת מתקן שמתקיימת בו תנועה מחזורית (שעון מטוטלת, מחזור הירח וכו'). מכשיר המדידה שבעזרתו אנו מגדירים מסה הוא מאזני הכפות. נראה כאן שכמו שאפשר להגדיר אורך על פי האופן שבו מודדים אותו כך אפשר גם להגדיר מטען חשמלי.

ראשית חשוב לציין כי מטען חשמלי אי אפשר להגדיר על ידי אלקטרונים ופרוטונים. למעשה, אנו יודעים על קיומם של חלקיקים זעירים אלו על סמך יכולתנו למדוד מטען חשמלי, יכולת שהיתה קיימת עוד לפני גילויים.


פעילות ראשונה: מד המטען החשמלי

בסרטון שלפניכם מוצג מד המטען החשמלי – האלקטרו סקופ, מכשיר המודד את המטען החשמלי המצוי בו. קדמה למדידה פעולת הטעינה החשמלית. חשוב לציין כי השפשוף בעת פעולת הטעינה החשמלית הנראית בסרטון, אינו הגורם העיקרי לטעינה. זו מתרחשת כתוצאה מהמגע בין שני החומרים השונים ופעולת השפשוף רק מגדילה את שטח המגע.

הגדרת המטען החשמלי תהיה אם כן: מטען חשמלי הוא הגודל הנמדד על ידי סטיית המחט באלקטרו סקופ.


שאלות:

א.    האם אפשר להסיק מתוך ההגדרה של מטען חשמלי כי לפני הטעינה מוט הפרספקס לא היה טעון במטען חשמלי ובעקבותיה חל שינוי כלשהו במוט והוא נטען במטען חשמלי? הסבירו את תשובתכם.

ב.    האם אפשר לדעת, על סמך הניסוי שבצענו בלבד מה בדיוק היה השינוי שחל במוט, פרט לשינוי במטענו החשמלי?

 

פעילות שניה: מטען חשמלי יכול לעבור ממקום למקום

הגדרת המטען החשמלי בעזרת המדידה באמצעות האלקטרו סקופ, מאפשרת לחקור את תכונותיו של המטען החשמלי.  התכונה הראשונה שאפשר לבחון היא האם מטען חשמלי יכול לעבור ממקום למקום.

בסרטון שלפניכם טוענים אלקטרו סקופ אחד ומחברים אותו בעזרת מוט מתכת לאלקטרו סקופ שני שאינו טעון.



שאלות:

א.    על סמך מה אפשר להסיק שמטען חשמלי עבר דרך מוט המתכת מאלקטרו סקופ אחד לשני?

ב.    על סמך מה אפשר להסיק שמטען חשמלי לא עבר דרך מוט הפרספקס מאלקטרו סקופ אחד לשני?

ג.    כיצד הייתם מציעים לקרוא לחומרים שדרכם עובר המטען החשמלי בקלות ולחומרים אחרים שדרכם קשה להעביר מטען חשמלי?

ד.    מדוע משתמשים במעגל חשמלי בחוטים העשויים נחושת ולא בחוטי תפירה?


פעילות שלישית: קיימים שני סוגים של מטענים חשמליים


התכונה השניה של מטענים חשמליים שאותה אפשר לגלות בעזרת האלקטרו סקופ היא כי ישנם שני סוגים של מטענים חשמליים.



שאלות:
א.    כיצד אפשר לקבוע כי בעת פעולת הטעינה גם הפרווה נטענה במטען חשמלי?

ב.    בסרטון רואים כי מה קורה כאשר המטען החשמלי יכול עבור בין שני האלקטרו סקופים, זה שנטען בעזרת הפרספקס וזה שנטען בעזרת הפרווה. האם אפשר להסיק מכך שהמטען של הפרווה לא מתוסף למטען של המוט אלא דוקא מתחסר ממנו? הסבירו.

ג.    הסבירו על סמך תשובתכם לשאלה הקודמת מדוע אפשר לשער כי המטען החשמלי שבו נטען המוט והמטען החשמלי שבו נטענת הפרווה שונים במהותם.

ד.    הסבירו לאור תשובותיכם מדוע נוח לסמן סוג אחד של מטענים בסימן פלוס (+) ואת הסוג השני בסימן מינוס (-).

ה.    את פעולת הטעינה החשמלית אפשר להסביר בשתי דרכים. לפי הדרך האחת אין מטען חשמלי משום סוג לא על הפרווה ולא על הפרספקס ופעולת הטעינה יוצרת שני סוגים של מטענים האחד על הפרווה והשני על הפרספקס. לפי הדרך השניה שני סוגי המטענים קיימים כבר גם בפרווה וגם בפרספקס ופעולת הטעינה רק מפרידה ביניהם כך שיש עודף של הסוג האחד על הפרווה ועודף של הסוג השני על הפרספקס. מהו ההסבר הנראה לכם מתאים יותר? נמקו את תשובתכם.

פעילות רביעית: כוחות משיכה ודחיה בין מטענים חשמליים


התכונה השלישית של מטען חשמלי שאפשר לגלות היא כי מטענים חשמליים יכולים להפעיל כוחות של דחיה ומשיכה.



שאלות:
א.    מה לפי דעתכם היה קורה לקרוסלה אם במקום אחד ממוטות הפרספקס לא היה טעון במטען חשמלי?

ב.    מה לפי דעתכם היה קורה לקרוסלה אם במקום להשתמש בשני מוטות מפרספקס היינו משתמשים בשני מוטות עם פרווה לאחר שטענו אותם באותו האופן?

ג.    הסבירו את הטענה כי מטען שלילי דוחה מטען שלילי ומושך מטען חיובי.
נוצר בתאריך: 12/11/12
עודכן בתאריך: 29/04/13