קורס בתורת החשמל מאת יוסי יאשי

(Electrical energy)

בפרק 1 הוגדרה האנרגיה החשמלית – העבודה הדרושה בהנעת יחידת מטען ממקום אחד למקום אחר. כשמחברים למשל נורה למקור מתח, על הנורה שורר מתח חשמלי ("הגורם המאלץ את האלקטרונים לנוע") ומאחר שהמעגל החשמלי סגור, יש תנועת מטענים דרך הנורה, הגורמים להדלקתה. אפשר לומר שבמנורה הושקעה אנרגיה חשמלית.

אותה אנרגיה חשמלית שהושקעה במנורה מומרת לאנרגיות אחרות הנקראות אנרגיה תרמית (חום) ואנרגית אור. מן הדוגמה רואים ש:

1. מצויים סוגים שונים של אנרגיה התלויים בסוג הצרכן ובאופי המקור.

 דוגמאות:

·        התא החשמלי שהוזכר בתחילת הפרק, ממיר אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית.

·         אם נחבר מנוע חשמלי (צרכן) למקור מתח, יהיה אפשר לומר שהושקעה בו אנרגיה חשמלית אך כתוצאה מהפעלתו היא הומרה לאנרגיה מכנית (ציר המנוע מסתובב) וגם לאנרגיה תרמית (כשנוגעים בו הוא חם).

2. אפשר להמיר סוג אחד של אנרגיה לסוג אחר, אך אי אפשר לייצר אנרגיה יש מאין. משפט זה מתאים לחוק יסוד בפיסיקה (שיש לו משמעות רבה בתחום החשמל): חוק שימור אנרגיה. על פי חוק זה סך האנרגיות המושקעות חייבות להיות שוות לסך האנרגיות "המנוצלות".

את האנרגיה החשמלית מסמנים באות W, ומודדים ביחידות "ג'אול" [J].

על פי הגדרתה, היא שווה לעבודה שהושקעה בהעברת מטענים ממקום אחד למקום אחר, עקב המתח שקיים בין אותן שתי נקודות.

(2.12)

כאשר:

W- האנרגיה החשמלית [J]

Q – המטען החשמלי [C]

U – המתח החשמלי [V]

מחברים שתי נורות זהות L1 ו- L2 למקורות מתח שונים השווים בגודלם (לכל נורה מקור מתח משלה). את שתי הנורות מפעילים יחד באותו הזמן. נורה אחת L1 מנתקים מן המעגל כעבור 30 דקות מרגע הפעלתה, ואילו את האחרת L2 כעבור 50 דקות מרגע הפעלתה.

ציינו ליד כל אחד מהמשפטים האם הוא נכון/לא נכון

ננסח מחדש את נוסחת האנרגיה החשמלית (נבטא את המטען כתלות בזרם ובזמן):

(2.13)

כאשר:

I- עצמת הזרם החשמלי [A]

t – משך זמן תנועת האלקטרונים [s]

הערה:

כאמור, האנרגיה החשמלית נמדדת ביחידות של "ג'אול". כלומר "ג'אול" אחד מושקע בצרכן כשמתח בשיעור של אחד "וולט" גורם למעבר זרם של אחד "אמפר" במשך שנייה אחת.

מקובלות גם יחידות מידה אחרות של אנרגיה, מובן  שאפשר לקשר ביניהן. לדוגמה, יחידת המדידה של אנרגיה תרמית היא "קלוריה" [cal]. קלוריה אחת מוגדרת ככמות החום הדרושה לחימום גרם אחד של מים במעלת צלסיוס אחת.

הקשר בין "קלוריה" ל"ג'אול" הוא:

קשר זה מוגדר גם כחוק ג'אול.

•   הקודם                                                                                                                             
• המשך