headline
Error processing SSI file




תופעת החשמל


מבנה האטום


כל החומרים והגופים בטבע בנויים ממולקולות (שהנן אוסף של אטומים) ומאטומים בודדים.

דוגמה למולקולה


האטום הינה היחידה הבסיסית הקטנה ביותר של החומר שלא ניתן לחלקה עוד מבלי לאבד את תכונות החומר.

בתחילת המאה העשרים התגלה מבנה האטום. האטום עצמו מורכב מגרעין וממעטפת. בעזרת עריכת ניסויים נמצא שגרעין האטום מכיל שני סוגי חלקיקים קטנים: ניוטרונים ופרוטונים. במעטפת האטום נמצא סוג חלקיקים נוסף, קל משקל ביחס לאלו שבגרעין, הללו נקראים אלקטרונים (מהמילה היוונית אלקטרון עבור ענבר!). האלקטרונים נעים סביב גרעין האטום בתנועה מעגלית. עוד על מבנה האטום ניתן לקרוא בפרק הדן בגילוי מבנה האטום אשר באתר זה.

מבנה האטום


עוד התגלה ש –
בין הפרוטונים לבין עצמם פועל כוח דחייה.
בין האלקטרונים לבין עצמם פועל כוח דחייה.
בין פרוטון לאלקטרון פועל כוח משיכה.

מכאן שהפרוטון והאלקטרון שבאטום מקיימים את חוקי כוחות הדחייה והמשיכה אשר התגלו אצל המטענים החשמליים שנוצרו משפשוף מוט זכוכית ומשפשוף מוט גומי.

הערה: הניוטרונים נמצאו כחסרי השפעה והם אינם מכילים מטען חשמלי כלשהו. מסיבה זו גם לא נזכיר אותם יותר בפרק זה העוסק בתופעת החשמל.

במצב הטבעי של כל חומר בטבע האטומים שבו מכילים מספר זהה של פרוטונים ושל אלקטרונים. אטום בו מספר הפרוטונים שווה למספר האלקטרונים הוא אטום המאוזן מבחינה חשמלית. מבחוץ נראה סך האטום כחסר אנרגיה חשמלית, כלומר ניטראלי והוא אינו מפעיל כלפי חוץ כוח דחייה חשמלי או כוח משיכה חשמלי.

אטום המכיל מספר זהה של פרוטונים ואלקטרונים הוא ניטראלי מבחינה חשמלית. אך נוכל בקלות יחסית להפר איזון חשמלי זה ולקבל אטומים של חומר בהם יש יותר אלקטרונים מפרוטונים וגם אטומים אחרים של חומר בהם יש פחות אלקטרונים מפרוטונים.

הפרוטונים אשר בכל אטום הם כבדים וקבועים במקומם. האלקטרונים, לעומתם, הם קלי משקל ונמצאים בתנועה מתמדת במעטפת האטום ואף יכולים להינתק מאטום אחד ולעבור לאטום אחר.

אטום המכיל מספר שונה של פרוטונים ואלקטרונים הוא טעון מבחינה חשמלית ונקרא יון.
אטום המכיל יותר אלקטרונים מפרוטונים הוא יון שלילי ונקרא קטיון.
אטום המכיל פחות אלקטרונים מפרוטונים הוא יון חיובי ונקרא אניון.

דוגמאות לקטיון ולאניון


כעת נוכל לתת הסבר לאופן שבו מוטות הזכוכית והגומי הופכים לבעלי מטען חשמלי.

במהלך השפשוף של מוט זכוכית בפיסת בד-משי נדחקים ועוברים אלקטרונים רבים מאטומי הזכוכית אל בד-המשי. הזכוכית שאיבדה אלקטרונים, אך שמרה על אותו מספר של פרוטונים, הפכה להיות בעלת מטען חשמלי חיובי. לחילופין, פיסת הבד שקיבלה אלקטרונים נוספים על אלו שהיו לה הפכה להיות בעלת מטען חשמלי שלילי.

בניסוי עם כדורי צמר-הגפן היו אלו בהתחלה ניטראליים מבחינת המטען החשמלי. במהלך הניסוי הם באו במגע, דרך חוט הברזל הדק, עם מוט הזכוכית הטעונה במטען חשמלי חיובי. ברגע המגע עם מוט הזכוכית איבדו כדורי צמר-הגפן אלקטרונים לטובת מוט הזכוכית (כדי להגיע לאיזון בחלוקת האלקטרונים ביניהם). כך הפכו כדורי צמר-הגפן מניטראליים לטעונים במטען חשמלי חיובי. שני כדורי צמר הגפן הפכו לגופים בעלי מטען חשמלי שווה סימן – שניהם חיוביים, לכן פעל ביניהם כוח דחייה חשמלי.

הסבר חשמלי לניסוי מוט הזכוכית


במהלך השפשוף של מוט גומי בפרווה מתרחשת תופעה הפוכה בה נדחקים ועוברים אלקטרונים רבים מהפרווה אל המוט. הפרווה שאיבדה אלקטרונים, אך שמרה על אותו מספר של פרוטונים, הפכה להיות בעלת מטען חשמלי חיובי. לחילופין, מוט הגומי שקיבל אלקטרונים נוספים על אלו שהיו לו הפך להיות בעל מטען חשמלי שלילי.

נסכם את אשר נלמד בפרק זה:

אטומי החומר מכילים פרוטונים הקבועים בגרעין ואלקטרונים החופשיים לתנועה במעטפת.

בין כל שני פרוטונים פועל כוח דחייה.
בין כל שני אלקטרונים פועל כוח דחייה.
בין פרוטון לאלקטרון פועל כוח משיכה.

תופעת כוחות הדחייה והמשיכה שבין הפרוטונים לאלקטרונים נקראת חשמל.

פרוטון בודד מהווה יחידה אחת של מטען חשמלי שסימונה נבחר להיות חיובי באופן שרירותי.
אלקטרון בודד מהווה יחידת אחת של מטען חשמלי שסימונה הפוך לזה של הפרוטון, כלומר שלילי.

גוף שסך האטומים שבו מכילים יותר אלקטרונים מפרוטונים הוא גוף הטעון במטען חשמלי שלילי.
גוף שסך האטומים שבו מכילים פחות אלקטרונים מפרוטונים הוא גוף הטעון במטען חשמלי חיובי.

בפרק הבא נלמד כיצד ניתן למדוד את הכוח החשמלי הפועל בין שני גופים הטעונים כל אחד במטען חשמלי.

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - חשמל | תופעת החשמל : מבוא | המטען החשמלי | מבנה האטום | הכוח החשמלי וחוק קולון | השראה אלקטרוסטאטית | טעינת גוף במטען חשמלי סטאטי | אלקטרוסקופ | סיכום ]