חשמל הוא קבוצה של תופעות פיזיקליות שקשורות לנוכחות ולתנועה של מטען חשמלי. מטען יכול להיות חיובי או שלילי; המטענים החשובים בטבע הם אלקטרונים (מטען שלילי) ופרוטונים (מטען חיובי). תנועה של מטענים יוצרת זרם חשמלי. זרם כזה מייצר גם שדה מגנטי, ולכן חשמל ומגנטיות קשורים זה לזה ומרכיבים את הכוח האלקטרומגנטי, אחד מארבעת כוחות היסוד בטבע.
בתקופות קדומות זוהו תופעות חשמליות ומגנטיות ללא הבנה מלאה. ידוע ששפשוף ענבר מושך חפצים קלים; היום יודעים שזה נובע מעבורת אלקטרונים בשפשוף. נמצאו גם כלים עתיקים שיכלו לשמש כסוללות פרימיטיביות, אך אם כך היה, הידע אבד.
החקירה המדעית התפתחה עם ניסויים וחוקרים מרכזיים. בנג'מין פרנקלין תיאר את החשמל כ"נוזל" בלתי נראה והקיש בין ניצוצות לברקים בניסוי העפיפון. הנס כריסטיאן ארסטד גילה את הקשר בין זרם חשמלי לשדה מגנטי. ג'יימס קלרק מקסוול גיבש מערכת של משוואות שמתארת את האלקטרומגנטיות. התפתחותן של שפופרות הריק (כמו דיודה וטריודה) אפשרה איפוק ופקודה על זרמים, והובילה לאלקטרוניקה המודרנית.
המילה "חשמל" קשורה למילה היוונית "אלקטרון" (ענבר). ויליאם גילברט טבע את המונח הלטיני "אלקטריקוס". המושג עבר שינויים לאורך ההיסטוריה.
מטען חשמלי הוא גודל שמאפיין חלקיקים וחומרים. במצב רגיל אטום ניטרלי בגלל שוויון בין אלקטרונים ופרוטונים. מטען האלקטרון שווה בגודל למטען הפרוטון אך הפוך בסימן.
זרם הוא קצב תנועה של מטענים בזמן. כדי לשמר זרם לאורך זמן צריך מקור מתח, למשל סוללה. הכוח האלקטרו-מניע (כא"מ) הוא העבודה שיש להשקיע כדי להפריד מטענים ולייצר מתח.
שדה חשמלי (מסומן E) מתאר את הכוח ליחידת מטען במרחב. השדה המגנטי (B) מתאר השפעות שקשורות בתנועת מטענים. הכוח על מטען הנמצא בשדה חשמלי ומגנטי נקרא כוח לורנץ.
מתח הוא ההפרש בין הפוטנציאלים החשמליים בשתי נקודות. פוטנציאל חשמלי הוא אנרגיה פוטנציאלית חשמלית ליחידת מטען. המתח נמדד בוואט?ט, בוולט (יש שגיאה: המתח נמדד בוולט).
הכוח בין שני מטענים מתואם בחוק קולון: הוא פרופורציוני למכפלת המטענים והפוך לריבוע המרחק ביניהם. הכוח החשמלי חזק בהרבה מהכוח הגרויטציוני.
התנגדות (R) היא היחס בין מתח לזרם, לפי חוק אוהם. ההופכי של ההתנגדות הוא מוליכות. נגד הוא רכיב בעל התנגדות קבועה והזרם דרכו משנה אנרגיה לאנרגיה חוםית; הספק (P) הוא קצב שינוי האנרגיה והוא נמדד בוואט.
קצר חשמלי קורה כשחיבור ישיר בין הדקים של מקור מתח גורם לזרם עצום. זה מסוכן ועלול לגרום להתחממות, שריפה או התחשמלות. במכשירים יש רכיבים מגן, כמו נתיכים.
שדה מגנטי נוצר על ידי מטענים בתנועה. המשוואות של מקסוול מאחדות את החשמל והמגנטיות ומאפשרות תיאור של קרינה אלקטרומגנטית.
השראה היא תופעה שבה שינוי בשטף המגנטי יוצר מתח חשמלי במוליך. זהו העיקרון שמאחורי גנרטורים, שנאים ומנועים. חוק פאראדיי מתאר את התהליך.
מעגל חשמלי הוא שרשרת של רכיבים המחוברת למקור מתח. חיבור בטור משמור עליו זרם קבוע, וחיבור במקביל שומר על מתח קבוע על כל רכיב.
קיבול (C) הוא יחס בין מטען למתח; קבל הוא רכיב שמאחסן מטען. השראות (L) מייצגת את ההתנגדות לשינוי בזרם; סליל השראה הוא רכיב טיפוסי. בעבור זרם חילופין, המתח והזרם משתנים בסינוסואידה והיחס ביניהם נקבע על ידי העכבה (אימפדנס).
אלקטרוניקה עוסקת ברכיבים כמו דיודות וטרנזיסטורים שמנהלים זרמים. המעגל המשולב איפשר יצירת מעבדים ספרתיים ומערכות ממוחשבות.
ייצור חשמל הופך סוגי אנרגיה שונים לחשמל, בדרך כלל באמצעות השראה אלקטרומגנטית בתחנות כוח. מקורות החשמל כוללים דלקים מאובנים, גרעין, רוח, מים ושמש. הפקת חשמל מדלקים מאובנים יוצרת גזי חממה ותורמת להתחממות הגלובלית.
חשמל משמש לתאורה, למכשירי חשמל ביתיים, למנועים, למחשוב ולתקשורת. הוא הבסיס לטכנולוגיה המודרנית ולהנדסת חשמל.
תופעות טבע חשמליות כוללות ברקים וחשמל סטטי.
הנדסת חשמל ואלקטרוניקה עוסקת בתכנון מערכות לחשמל, בתקשורת, בעיבוד אותות ובמיקרואלקטרוניקה. התחום כולל גם הספק והמרת אנרגיה.
חשמל קשור למטענים חשמליים, חלקיקים קטנים בשם אלקטרונים ופרוטונים. אלקטרון הוא חלקיק קטן עם מטען שלילי. פרוטון יש במרכז האטום ויש לו מטען חיובי.
בגילוי מוקדם ראו שאם משפשפים ענבר בפרווה, הענבר מושך חפצים קלים. פרנקלין הראה שהברק דומה לניצוץ חשמלי באמצעות עפיפון בסערה.
מטען הוא התכונה שעושה חומרים דוחקים ונמשכים זה לזה.
זרם הוא תנועה של מטענים. סוללה נותנת כוח־דחיפה למטענים.
שדה חשמלי הוא המקום שבו מטען מרגיש כוח. שדה מגנטי יוצא ממסלולי זרם.
מתח הוא ההפרש באנרגיה ליחידת מטען בין שתי נקודות. מתח נמדד בוולט.
התנגדות מקשה על זרימת הזרם. נגד מומר חום כאשר עובר בו זרם.
קצר קורה כשחיבור ישיר גורם לזרם חזק מאוד. זה מסוכן ויכול לגרום לשריפה.
שינוי בשדה מגנטי יכול ליצור מתח. כך פועלים גנרטור ומנוע חשמלי.
חשמל מדליק נורות, מקרר, מחשב ומכשירים רבים. רוב האנרגיה מיוצרת בתחנות כוח.
הנדסת חשמל היא המקצוע שעובד עם חשמל במכשירים ובמכונות.
תגובות גולשים