החוברת · דף לימוד
מטען חשמלי וחשמל סטטי
מדעים · כיתה ח׳ · פרק 4: חשמל ומגנטיות
מה גורם לבלון להידבק לקיר? מדוע אנחנו מקבלים "חשמל" כשנוגעים במתכת אחרי שהלכנו על שטיח? בואו נגלה את סודות המטען החשמלי!
מהו מטען חשמלי?
מטען חשמלי הוא תכונה בסיסית של חומר, בדומה למסה. כל החומר בעולם מורכב מחלקיקים בעלי מטען חשמלי.
למדנו שאטום בנוי מחלקיקים קטנים יותר. שני סוגי חלקיקים באטום הם בעלי מטען חשמלי:
- פרוטונים: חלקיקים בעלי מטען חיובי (+), נמצאים בגרעין האטום
- אלקטרונים: חלקיקים בעלי מטען שלילי (−), נעים סביב הגרעין
שני סוגי המטען
מטען חשמלי הוא תכונה פיזיקלית בסיסית של חומר הקיימת בשני סוגים: מטען חיובי (+) ומטען שלילי (−).
זה בדיוק כמו מגנטים: קטבים מנוגדים נמשכים, קטבים זהים דוחים!
גוף נייטרלי מול גוף טעון
גוף נייטרלי (טעון אפס)
כאשר מספר הפרוטונים שווה למספר האלקטרונים, המטען הכולל הוא אפס.
רוב הגופים סביבנו הם נייטרליים: שולחן, עיפרון, כוס מים - יש להם אותו מספר מטענים חיוביים ושליליים.
גוף טעון
כאשר יש עודף של אלקטרונים או חסר באלקטרונים, הגוף הוא טעון חשמלית.
• עודף אלקטרונים ← גוף טעון שלילית
• חסר אלקטרונים ← גוף טעון חיובית
גוף נעשה טעון כאשר אלקטרונים עוברים ממנו לגוף אחר או אליו מגוף אחר. הפרוטונים נשארים תמיד בגרעין!
חשמל סטטי - תופעות מוכרות
דוגמאות לחשמל סטטי
בלון ושיער
כשמשפשפים בלון בשיער, אלקטרונים עוברים מהשיער לבלון.
• הבלון הופך טעון שלילית
• השיער הופך טעון חיובית
• השיער נמשך לבלון!
בלון וקיר
בלון טעון שלילית נדבק לקיר נייטרלי.
למה?
האלקטרונים בבלון דוחים את האלקטרונים בקיר, והמטענים החיוביים בקיר נמשכים לבלון!
"חשמל" אחרי הליכה על שטיח
כשהולכים על שטיח, אלקטרונים עוברים מהשטיח לגוף.
כשנוגעים אחר כך במתכת, האלקטרונים קופצים בחזרה במהירות ← מרגישים נקישה!
ברק בסערת רעמים
ענני סערה נטענים חשמלית בגלל חיכוך בין טיפות מים וגרגירי קרח.
כשההפרש במטען גדול מאוד, קורה פריקה ← ברק!
למה בחורף (כשהאוויר יבש) יש יותר "חשמל" כשנוגעים במתכת?
מוליכים ומבודדים
מוליכים מול מבודדים
מוליכים חשמליים
חומרים שמאפשרים למטען חשמלי (אלקטרונים) לזרום דרכם בקלות.
דוגמאות:
• מתכות: נחושת, אלומיניום, ברזל, זהב, כסף
• גרפיט (עפרונות)
• גוף האדם (בגלל מים ומלחים)
• מים עם מלחים מומסים
מבודדים (בידודים)
חומרים שמונעים או מקשים מאוד על זרימת מטען חשמלי.
דוגמאות:
• פלסטיק
• גומי
• עץ יבש
• זכוכית
• אוויר
• קרמיקה
שימו לב: מים טהורים (ללא מלחים) הם מבודד! רק מים עם מינרלים/מלחים מולכים חשמל.
שימושים במוליכים ובמבודדים
חוט חשמל
מוליך בפנים (נחושת) מעביר זרם חשמלי
מבודד בחוץ (פלסטיק) מונע התחשמלות
כפפות חשמלאי
עשויות גומי (מבודד) כדי למנוע מהזרם החשמלי לעבור דרך הגוף
ידית מברג חשמלאי
החלק המתכתי הוא מוליך, אבל הידית עשויה פלסטיק (מבודד) להגנה
עמודי חשמל
מחזיקי הכבלים עשויים קרמיקה (מבודד) כדי שהחשמל לא ייצא לעמוד
שני סוגי מטען
חשמל סטטי
מוליכים ומבודדים
מדוע בלון שמשפשפים בשיער נדבק לקיר, ומה הקשר בין זה למבנה האטום?