אלקטרוסטטיקה

• כיתה ח’
• חשמל ומעגלים
• 5 דקות קריאה

מה זה מטען חשמלי, איך גופים נטענים, ולמה בלון נדבק לקיר ומקבלים “מכה” מידית הדלת — עם תרגיל פתור.

התשובה בקצרה

אלקטרוסטטיקה היא התחום שחוקר מטענים חשמליים במנוחה — מה שנקרא בשפת היומיום חשמל סטטי. העקרונות:

1. יש שני סוגי מטען: חיובי ושלילי.
2. מטענים זהים דוחים, ושונים מושכים.
3. גוף נטען כשהוא מקבל או מאבד אלקטרונים — חלקיקים זעירים בעלי מטען שלילי.

למי זה מיועד: אלקטרוסטטיקה נלמדת בכיתה ח’. בתיכון ממשיכים לחוק קולון, שמחשב את הכוח בין מטענים.

מה זה מטען חשמלי

כל חומר בנוי מאטומים. במרכז כל אטום יש גרעין עם פרוטונים, בעלי מטען חיובי, וסביבו נעים אלקטרונים, בעלי מטען שלילי. באטום רגיל מספר הפרוטונים שווה למספר האלקטרונים, ולכן המטענים מבטלים זה את זה. האטום, והגוף כולו, נייטרליים.

הפרוטונים קשורים חזק לגרעין ולא זזים. האלקטרונים, לעומת זאת, יכולים לעבור מגוף לגוף. גוף שקיבל אלקטרונים נוספים נטען במטען שלילי. גוף שאיבד אלקטרונים נשאר עם עודף של מטען חיובי.

איך גופים נטענים

שלוש דרכים עיקריות. בשפשוף, אלקטרונים עוברים מחומר אחד לאחר — כך נטען בלון שמשפשפים בשיער. במגע, גוף טעון מעביר חלק מהמטען שלו לגוף שהוא נוגע בו. ובהשראה, גוף טעון שמתקרב לגוף אחר מזיז את האלקטרונים שבו, בלי לגעת.

חשוב גם מאיזה חומר הגוף עשוי. במתכות, שנקראות מוליכים, אלקטרונים נעים בחופשיות. בפלסטיק, זכוכית ועץ יבש, שנקראים מבודדים, הם כמעט לא זזים. כשנוגעים זה בזה שני כדורי מתכת זהים, המטען מתחלק ביניהם שווה בשווה.

גם אוויר הוא מבודד, ולכן גוף טעון יכול לשמור על המטען שלו זמן רב. אבל קרינה רדיואקטיבית הופכת את האוויר למוליך חלש, והמטען מתחיל לדלוף. בעזרת התופעה הזו מדדה מארי קירי את עוצמת הקרינה של האורניום.

תרגיל פתור

הנתונים: שני כדורי מתכת זהים. על הראשון מטען של 6 מיקרו־קולון חיובי, ועל השני מטען של 2 מיקרו־קולון שלילי. מקרבים אותם עד שהם נוגעים, ואז מפרידים.
השאלה: מה המטען על כל כדור אחרי ההפרדה?

1. מחברים את המטענים, עם הסימנים שלהם. המטען השלילי מקטין את החיובי: Q₁ + Q₂ = 6 + (−2) = 4
2. הכדורים זהים, ולכן המטען מתחלק שווה ביניהם: Q = 4 / 2 = 2

התשובה: על כל כדור נשאר מטען של 2 מיקרו־קולון חיובי. המטען הכולל, 4, לא השתנה — הוא רק התחלק. Q = +2 μC

למה בלון נדבק לקיר

אחרי ששפשפתם בלון בשיער, יש עליו עודף אלקטרונים, ולכן מטען שלילי. הקיר נייטרלי. ובכל זאת, הבלון נדבק אליו. הסיבה: כשהבלון מתקרב, הוא דוחה מעט את האלקטרונים בתוך האטומים שבשכבה החיצונית של הקיר, והם זזים קצת הצידה. הצד של הקיר שקרוב לבלון נשאר חיובי במקצת — והבלון השלילי נמשך אליו.

איפה רואים את זה בחיים

• מכה מידית הדלת

  הליכה על שטיח טוענת את הגוף. כשנוגעים במתכת, המטען עובר בבת אחת, ומרגישים ניצוץ קטן.

• שיער סוטר

  אחרי הסרת כובע צמר, כל השערות נטענות באותו מטען, ודוחות זו את זו — ולכן הן סוטרות לכל כיוון.

• ברק

  בענני סערה נאסף מטען עצום. כשהוא גדול מספיק, הוא עובר אל הקרקע בבת אחת, כניצוץ ענק.

שאלות נפוצות

מה ההבדל בין מוליך למבודד?

במוליך, כמו מתכת, אלקטרונים נעים בחופשיות, ולכן מטען מתפזר בו מהר. במבודד, כמו פלסטיק או גומי, הם כמעט לא זזים, ולכן המטען נשאר במקום שבו הוא נוצר. לכן חוטי חשמל עשויים ממתכת, ועטופים בפלסטיק.

למה חשמל סטטי קורה יותר בחורף?

כי בחורף האוויר יבש יותר. לחות באוויר מאפשרת למטען לדלוף בהדרגה מהגוף. כשהאוויר יבש, המטען מצטבר, עד שהוא נפרק בבת אחת בניצוץ.

באיזו יחידה מודדים מטען?

בקולון. זו יחידה גדולה מאוד, ולכן בתרגילים מופיעים בדרך כלל מיקרו־קולון, מיליונית קולון. המטען של אלקטרון אחד זעיר עוד הרבה יותר.

חשמל סטטי מבלבל אתכם?

בקורס הפיזיקה לכיתה ח’ כל נושא מוסבר בסרטון, עם תרגילים פתורים לאורך הדרך. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.

לקורס כיתה ח’

או מתחילים בחינם: חוברת הפיזיקה לכיתה ח’, להורדה