מתח חשמלי

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

בחשמל, מתח חשמלי הוא ההפרש בפוטנציאל החשמלי בין שתי נקודות במרחב. המתח מסומן באות V ונמדד במערכת היחידות הבינלאומית בוולט.

הגדרה[עריכת קוד מקור | עריכה]

הכוח האלקטרוסטטי הוא כוח משמר ולכן ניתן לגזור אותו מאנרגיה פוטנציאלית, הנקראת אנרגיה פוטנציאלית חשמלית. האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית של מטען בנקודה כלשהי היא העבודה שיש להשקיע עליו על מנת להביאו מנקודת ייחוס אל הנקודה, כאשר נקודת הייחוס לרוב נבחרת כמרחק אינסופי מיתר המטענים. באופן שקול, האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית בנקודה היא הכוח החשמלי הפועל על מטען לאורך דרכו מהנקודה אל האינסוף. האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית של מטען פרופורציונית לגודל המטען, ולכן ניתן להגדיר פוטנציאל חשמלי כאנרגיה פוטנציאלית חשמלית ליחידת מטען. הפוטנציאל החשמלי במרחב מסומן \! \phi. הוא תלוי רק בפילוג המטענים המרחבי וניתן לחשב אותו בעזרת משוואת פואסון (או משוואת לפלס).

מתח חשמלי (מסומן באות V) בין שתי נקודות במרחב הוא ההפרש בין הפוטנציאלים החשמליים באותן נקודות:

\! V = \Delta \phi

המתח מבטא את ההפרש באנרגיה הפוטנציאלית החשמלית ליחידת מטען ולכן הוא גודל חשוב בתיאור מערכות חשמליות. המתח מסומן באות V ונמדד בוולט (על שם אלסנדרו וולטה).

הגדרה שקולה היא: מתח הוא האינטגרל לאורך מסלול של הרכיב המקביל למסלול של השדה החשמלי. כאשר הרכיב המקביל של השדה קבוע לכל אורך המסלול, המתח הוא הדרך כפול השדה (הרכיב המקביל לדרך). אם השדה אינו מקביל למסלול, יש להכפיל בקוסינוס הזווית ביניהם.

מתח וזרם חשמלי[עריכת קוד מקור | עריכה]

בעת חיבור מוליך לשתי נקודות שביניהן קיים מתח חשמלי, למשל חיבור תיל מתכתי בין שני מוליכים טעונים בעלי פוטנציאלים שונים, יפעל על המטענים החופשיים כוח חשמלי שיגרום לכך שהם יזרמו בתיל המוליך מהגוף בעל הפוטנציאל הגדול יותר לגוף בעל הפוטנציאל הקטן יותר עד שהפוטנציאלים בשני הגופים ישתוו. קצב תנועת המטענים בזמן נקרא זרם חשמלי, ובמקרה הזה הוא רגעי. על מנת ליצור זרם חשמלי לאורך זמן יש צורך בכוח אלקטרו מניע - גורם שישמור על מתח קבוע בין שתי נקודות. הכוח האלקטרו מניע (בקיצור: כא"מ) הוא העבודה החיצונית שיש להשקיע על יחידת מטען על מנת ליצור הפרש פוטנציאלים בין שני הדקים מנותקים. סוללה חשמלית, למשל, מסוגלת ליצור מתח בין שני הדקים על ידי הפרדת מטענים חיוביים משליליים באמצעות תגובה כימית עם אלקטרודות אליהן מחוברים ההדקים. התקן שיוצר כא"מ נקרא מקור מתח. ההדק שבו הפוטנציאל גדול יותר מסומן + וההדק בו הפוטנציאל קטן יותר מסומן -.

ברוב המוליכים קיים יחס ישר בין המתח והזרם - קשר הידוע כחוק אוהם. היחס בין המתח לזרם נקרא התנגדות חשמלית:

\! V = I R

ניתן לייחס לנגד הספק משום שמטענים נעים בו מפוטנציאל גבוה לנמוך. קצב השינוי באנרגיה הפוטנציאלית החשמלית של המטענים בזמן נקרא הספק חשמלי. ההספק מסומן באות P ונמדד בואט (על שם ג'יימס ואט). ההספק החשמלי נתון על ידי מכפלת הזרם הזורם דרך נגד במתח הנופל עליו, ותוך שימוש בחוק אוהם ניתן לכתוב אותו כתלות במתח בלבד:

\! P = I V = \frac{V^2}{R}

מתחים אופייניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • מתח החשמל הביתי: 220 וולט (ישראל) או 110 וולט (ארצות הברית)
  • צרכני חשמל תעשייתיים: לרוב 397 וולט - מתח בין שתי פאזות (מערכת תלת-פאזית)
  • קווי טלפון: 50 וולט (בזמן המתנה)
  • מערכות חשמליות ברכב: 12 וולט או 24 וולט
  • סוללה חשמלית: 1.5 וולט או 9 וולט
  • אותות במכשירי אלקטרוניקה: 0.001 וולט עד 5 וולט
  • קווי מתח גבוה מתחנות המשנה לשנאי אזורי: 13,000 וולט, 22,000 וולט או 36,000 וולט (בישראל)
  • קווי מתח עליון בין תחנות כוח לתחנת המשנה: 161,000 וולט או 400,000 וולט ("מתח על-עליון" בישראל)

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא מתח חשמלי בוויקישיתוף