Skip to main content

מעגלים חשמליים

להעביר את החשמל ממקום למקום

מטענים חשמליים אי אפשר "ליצור". כל שאפשר לעשות הוא, להניע אותם ממקום למקום.

מאחר שהחשמל נמצא (בדרך כלל) בתוך חומרים, אי אפשר "לשאוב" אותו ולהעביר אותו ממקום למקום באופן מכאני כמו שמעבירים מים, אבל אפשר לגרום לו לזרום על ידי כך שמפעילים עליו כוח אלקטרומגנטי.

החשמל שאנו נתקלים בו בחיי היומיום נוצר על ידי אלקטרונים. האלקטרונים הם חלקיקים זעירים, טעונים במטען חשמלי שלילי, המקיפים את גרעיני האטומים, שהם חלקיקים כבדים יותר הטעונים במטען חשמלי חיובי. במתכות, חלק מהאלקטרונים הללו חופשיים לנוע, ואפשר לגרום להם לנוע בכיוון מסויים על ידי כך שמפעילים עליהם שדה אלקטרומגנטי. (כאשר מדענים נתקלים ב"פעולה מרחוק", כמו בפעולת כוח הכבידה, למשל, הם אוהבים לחשוב במונחים של מקורות ושדות: כדור הארץ יוצר "שדה כבידה" הפועל על הירח וגורם לו להישאר במסלולו, או פועל על תפוח וגורם לו ליפול ארצה.)

מקורותיהם של שדות אלקטרומגנטיים הם מטענים חשמליים נעים או נייחים. שני מטענים חשמליים סמוכים הנמצאים במנוחה מושכים זה את זה אם אחד מהם שלילי והאחר חיובי, ודוחים זה את זה אם שניהם בעלי אותו סימן.

החוקים שלפיהם מתנהגים מטענים נעים (זרמים חשמליים) מסובכים יותר וחשובים יותר. זרמים חשמליים יוצרים מסביבם שדות מגנטיים (כל השדות המגנטיים מקורם בזרמים חשמליים; השדות המגנטיים של מגנטים קבועים נוצרים עקב תנועתם של אלקטרונים המקיפים את אטומי המגנט). שדות מגנטיים משתנים יכולים להשרות זרמים חשמליים.

גילוים של חוקים אלה איפשר בנייתם של מחוללים (גנרטורים) ושל מנועים חשמליים, ולכן הם האחראיים במידה רבה לאופן שבו נראה ופועל העולם המודרני.

מעגלים חשמליים

אם מוסיפים אלקטרונים לכדור מתכת, מגלים מהר מאוד שלא ניתן להוסיף לכדור עוד אלקטרונים: או שהאלקטרונים נדחים על ידי המטענים שכבר נמצאים על הכדור, או שהם קופצים בחזרה לאוויר בצורת ניצוצות. לכן, אם רוצים שהאלקטרונים ימשיכו לזרום, יש ליצור עבורם מסלול סגור שבו ינועו שוב ושוב. במילים אחרות יש לבנות מעגל חשמלי.

בכל מעגל חשמלי נחוץ התקן שידחוף את האלקטרונים ויניע אותם לאורך המעגל. האנרגיה הדרושה כדי להפעיל התקן כזה יכולה להיות אנרגיה כימית, כמו בסוללות, או אנרגיה מכאנית, כמו במחוללים, או אנרגיית שמש, כמו בתאים סולאריים. בתצוגה שלנו, הזרם מופעל באמצעות "ספק כוח", המספק מתח ישר של 5 וולט, שהוא מתח לא מסוכן. בחרנו במתח ישר (בניגוד למתח חילופין, המשנה את כיוונו 100 פעמים בשנייה) משום שבעזרתו קל יותר להציג את עקרונות החשמל. ספק הכוח עצמו מופעל על ידי רשת החשמל הראשית, שהחשמל הזורם בה מופק בתחנות כוח שבהן ממירים אנרגיה כימית המתקבלת מבעירה של סולר או פחם לאנרגיה מכאנית כדי להפעיל מחוללים חשמליים.

התקנים ועקרונות

בתערוכה תוכלו להרכיב, בעזרת המדריכים, מגוון של מעגלים חשמליים להדגמת עקרונות הטיפול בחשמל ולהדגמת האופן שבו ניתן לנצל את החשמל לתועלתנו הדלקת נורות חשמליות, הפעלת זמזם, והנעת מנוע חשמלי.

שניים מרכיבי המוצג מראים כיצד משתמשים במפסקים כדי להפעיל ולכבות התקנים, פשוט על ידי חיבור וניתוק של מעגל חשמלי, וכן מוצג מד זרם המודד את עוצמתו של הזרם החשמלי. אם מרכיבים במעגל נגד, שהוא רכיב בעל מוליכות קטנה יחסית, גורמים בכך להקטנת הזרם, כפי שתוכלו לראות במד הזרם, או על פי האור החלש יותר של הנורה, או על פי העובדה שהמנוע מסתובב לאט יותר.

כאשר מנתקים מעגל חשמלי, הזרם ממשיך לזרום למשך זמן קצר מאוד עד שהמטענים המגיעים לקצה הפתוח של המעגל מצטברים שם בכמות כזאת שהם אינם מאפשרים למטענים נוספים לזרום בגלל הדחייה האלקטרוסטטית. ניתן להאריך את הזמן הזה על ידי כך שמתקינים בשני הקצוות הפתוחים שתי לוחיות שטוחות הקרובות מאוד זו לזו (אבל, כמובן, אינן נוגעות זו בזו).

זהו קבל, והוא פועל כך משום שהשפעתם של המטענים המצטברים על הלוחית על המטענים הנוספים המגיעים אליה מצטמצמת בשל הצטברותם של מטענים מנוגדים על הלוחית האחרת. בתערוכה, אפשר לראות שאם מתקינים קבל במפסק שבמעגל, המנוע או הנורה ממשיכים לפעול למשך זמן קצר לאחר שפותחים את המפסק.

לקבלים יש שימוש נרחב במעגלי זרם חילופין, במיוחד באלקטרוניקה, שבה דרושים לעתים קרובות מעגלי תנודה היוצרים תופעה דמוית מטוטלת.

ההתקן האחרון בתצוגה הוא דיודה. כפי שמסתם בלב מאפשר לדם לזרום בכיוון אחד בלבד, דיודות מאפשרות לזרם החשמלי לזרום בכיוון אחד בלבד, ועל ידי כך ניתן להמיר, למשל, זרם חילופין לזרם ישר (לא קבוע). תוכלו לבדוק תכונה זו של דיודה בעצמכם. בדיודות משתמשים בעיקר במעגלים אלקטרוניים.

קיימים התקנים רבים אחרים המשמשים במעגלים חשמליים, אבל אלה המוצגים בתערוכה מטרתם להציג דוגמאות חשובות ולהטעים אתכם את טעמם של ניסויים בחשמל.

נסו ותיהנו!

נוצר בתאריך: 07/07/08
עודכן בתאריך: 17/01/11