איך עובד חשמל?

ישנם שלושה מאפיינים עיקריים שגורמים לחשמל לעבוד: מתח, זרם והתנגדות. מאפיינים אלה פועלים יחד בתוך מעגל, ומאפשרים לחשמל לנוע ממקום למקום. מדענים מודדים מתח ביחידות הנקראות וולט, זרם באמפר והתנגדות באוהם. שלוש הכמויות הללו מובילות ליחס מתמטי פשוט הנקרא חוק אוהם, שבו מתח של וולט אחד על פני התנגדות של אוהם אחד נותן זרם של אמפר אחד.

תהליך החשמל מתחיל כאשר אנרגיה מאור, חום או שדות מגנטיים מגרה את האלקטרונים של האטום, וגורמת להם לנוע. חלק מהאטומים מחזיקים את האלקטרונים שלהם קרוב לגרעין וחלק לא. האטומים עם אחיזה רופפת על האלקטרונים שלהם הם הטובים ביותר בהולכת זרם חשמלי.

לחומרים כמו כסף, זהב, נחושת ואלומיניום יש אטומים עם אלקטרונים קשורים באופן רופף, יסודות אלה הם כולם מתכות, ורוב המתכות הן מוליכות חשמל טובות. חומרים כמו זכוכית, אוויר ופלסטיק נקראים מבודדים; הרכב האלקטרונים שלהם חוסם את זרימת זרם חשמלי.

כדי שהחשמל יזרום בזרם, חייב להיות איזשהו כוח או לחץ שדוחפים את האלקטרונים. כוח זה נקרא כוח אלקטרו-מוטורי או EMF, אשר נקרא גם מתח.

מעגל נושא את הזרם החשמלי הזה. הוא מורכב ממקור חשמלי, עומס ומוליכים כגון חוטים המובילים את הזרם בין המקור לעומס. דוגמה למקור חשמלי היא סוללה. העומס יכול להיות כמעט כל סוג של רכיב אלקטרוני, מנורה פשוטה ועד מכשירים מורכבים כמו סמארטפונים.

כמות הכוח האלקטרו-מוטיבי המופעל על ידי המקור קובעת כמה מתח עובר במעגל. לעומת זאת, זרם הוא כמות האלקטרונים שזורמת מעבר לנקודה במעגל בפרק זמן נתון.

החלק האחרון בפאזל החשמל קשור לסוג ההתנגדות שפועלת נגד הזרם החשמלי. לדוגמה, אם היית משתמש בשני חוטים כבדים במעגל שלך, יותר זרם יזרום מאשר אם היית משתמש בשני חוטים דקים. לחוטים העבים יותר יש פחות התנגדות והם מאפשרים זרם גדול יותר. זה דומה למים הזורמים בצינור: צינור גדול יכול לשאת יותר מים מאשר צר.

חשמל נושא כוח, וניתן לחשב את ההספק החשמלי בוואט על ידי הכפלת וולט באמפר. זרם זורם ממקור החשמל לעומס ובחזרה; העומס משתמש בכוח החשמל כדי לבצע משימה שימושית, כגון הדלקת מנורת מטבח או הפעלת מנוע חשמלי במכונית היברידית.