חשמל מהו?

היכן נמצא החשמל בטבע?

כבר לפני אלפי שנים הבחין היווני תאלס מין העיר מילטוס שבאסיה הקטנה בתופעה מיוחדת. כאשר שיפשף חתיכת ענבר בחתיכת בד או בפרווה, משכה אליה חתיכת הענבר פיסות זעירות וקלות של חומרים שונים. 

ביוונית הענבר נקרא אלקטרון וממילה זו גזרו ברוב השפות את המילה אלקטרי- חשמלי. לתופעה זו ניתן מאוחר יותר השם חשמל סטטי.

למעשה תופעה זו, שבה חזו היוונים עשויה לקרות לכל אחד מאיתנו בחיי היום יום: לפעמים כשאנחנו מסירים מגופנו את הסוודר, אנחנו שומעים פצפוצים, והסוודר כאילו נדבק לבגד שמתחתיו. גם קורה כשאנחנו נוגעים בדלת המכונית- ומרגישים כאב ("זרם") ביד.

מהו אלקטרון?

אם נסתכל מסביבנו נראה בכל מקום חומרים רבים: מתכות, עצים, פלסטיק ועוד.

כל אחד מהחומרים מורכב מאטומים. האטום הוא החלק הקטן של כל יסוד כימי. האטומים הם חומרים כל כך זעירים כך שאפילו גרגיר אבק מכיל מליוני אטומים. 

רק לפני כ-100 שנה גילו שהאטום בנוי מגרעין המכיל חלקיקים הקרויים פרוטונים וניטרונים. הפרוטונים טעונים במטען חשמלי הנקרא "מטען חיובי" (+), לניטרונים אין מטען חשמלי. מסביב לגרעין נעים חלקיקים טעוני חשמל המכונים אלקטרונים ויש להם מטען שלילי (-). 

מהו מתח חשמלי?

מתח חשמלי הוא הגורם המניע את האלקטרונים החופשיים לזרום לאורכו של מוליך חשמלי.
את המתח החשמלי ניתן להשוות ללחץ המים הקיים בבריכה. מתח גבוה ניתן להשוות ללחץ המים שגורמת בריכה גבוהה מלאה במים. מתח נמוך יותר ניתן להשוות ללחץ המים, אשר אשר גורמת בריכה ובה מעט מים וגובהה נמוך מקודמתה.
אם נמלא שני מיכלים דומים במים, כאשר במיכל אחד יש יותר מים וגובהם גבוה מהשני ונחבר צינור שיפתח בתחתית כל מיכל, מהצינור שבמיכל שבו יש יותר מים וגובהם גבוה, הזרימה תהיה יותר חזקה, כי במיכל המלא והגבוה יותר יש לחץ גדול יותר.
כך גם במתח חשמלי (הלחץ), במקום אחד קיימת "צפיפות" של אלקטרונים ובמקום אחר יש פחות אלקטרונים דבר הגורם למעבר הזרם ממקום למקום. המתח נמדד ביחידות וולט.
המתח המפעיל את מכשירי החשמל הביתיים בישראל הוא 230 וולט.

מהו זרם חשמלי?

נדמיין מגרש חנייה ללא שילוט, והמכוניות נוסעות בו ללא הסדר כלשהו לכל הכיווינים.

כך גם בחומר: קיימת בו תנועה ללא סדר של אלקטרונים חופשיים מאטום לאטום. זהו מצב טבעי שאינו מוגדר כזרם חשמלי.

זרם חשמלי הוא תופעה שאנחנו לא רואים, אך ניתן לדמיין את פעולתה: אם נתבונן בכביש מהיר רב- מסלולים, נראה כי המכוניות בו נעות בכיוון אחד באופן קבוע.

כך גם לגבי האלקטרונים: אם נצליח בדרך כלשהי להביא את האלקטרונים החופשיים לזרום בצורה מסודרת ומכוונת- נקבל זרם חשמלי.

ניתן גם לדמיין את פעולת הזרם למצב של גולות, המסודרות זו אחרי זו. כאשר מגלגלים את הגולה הראשונה, היא פוגעת בגולה השנייה, שפוגעת בשלישית וכן הלאה. בכל אטום של חומר, הנחשב למוליך טוב, יש  לפחות אלקטרון אחד חופשי, היכול לעבור מאטום לאטום. אם נדחף את האלקטרונים האלה- למשל, בתוך חוט נחושת- מקצה אחד של המעגל לקצהו האחר, ייווצר מעגל חשמלי, כלומר נקבל זרם חשמלי.