פוטנציאל חשמלי

• חשמל ומגנטיות
• תיכון
• 5 דקות קריאה

מה זה פוטנציאל חשמלי, מה ההבדל בינו למתח, ולמה ציפור על חוט מתח גבוה לא מתחשמלת — עם נוסחה, תרגיל פתור וסרטון.

התשובה בקצרה

פוטנציאל חשמלי הוא האנרגיה שיש למטען בנקודה מסוימת, לחלק לגודל המטען. הוא נמדד בוולט.

1. הפרש פוטנציאלים בין שתי נקודות הוא מה שקוראים לו מתח.
2. מתח הוא שגורם לזרם לזרום, בדיוק כמו שהפרש גבהים גורם למים לזרום.
3. סוללה של 9 וולט נותנת 9 ג’אול של אנרגיה לכל קולון של מטען שעובר דרכה.

למי זה מיועד: פוטנציאל חשמלי נלמד בתיכון, אחרי שדה חשמלי.

מה זה פוטנציאל חשמלי

דמיינו כדור שמרימים לגובה. יש לו עכשיו אנרגיית גובה, והיא תלויה גם בגובה וגם במסה. אם רוצים לתאר את הגובה עצמו, בלי תלות במסה, מחלקים את האנרגיה במסה.

בדיוק כך עובד פוטנציאל חשמלי. מטען בתוך שדה חשמלי אוגר אנרגיה, והיא תלויה גם במקום וגם בגודל המטען. כשמחלקים את האנרגיה במטען, נשארת תכונה של המקום בלבד — הפוטנציאל החשמלי. היחידה שלו היא וולט, על שם אלסנדרו וולטה, שבנה את הסוללה הראשונה.

תרגיל פתור

הנתונים: סוללה של 9 וולט מעבירה דרך המעגל מטען של 2 קולון.
השאלה: כמה אנרגיה מסרה הסוללה? וכמה מטען היא תעביר אם תמסור 90 ג’אול?

1. מבודדים את האנרגיה מהנוסחה: W = V · q = 9 · 2 = 18
2. בכיוון ההפוך, מבודדים את המטען: q = W / V = 90 / 9 = 10

התשובה: הסוללה מסרה 18 ג’אול, וכדי למסור 90 ג’אול היא תעביר 10 קולון. W = 18 J , q = 10 C

הפרש פוטנציאלים ומתח

לפוטנציאל בנקודה בודדת אין משמעות מעשית, בדיוק כמו לגובה בלי לומר “מעל מה”. מה שחשוב הוא ההפרש בין שתי נקודות, וזה מה שנקרא מתח. כשמחברים סוללה למעגל, היא יוצרת הפרש פוטנציאלים בין שני הקצוות — והוא מה שדוחף את המטענים לזרום.

אנלוגיה שימושית: מגדל מים. גובה המים קובע את הלחץ, הלחץ דוחף מים בצינור, והברז מגביל את הזרימה. במעגל, המתח הוא הגובה, הזרם הוא זרימת המים, והנגד הוא הברז.

איפה רואים את זה בחיים

• סוללה בשלט

  המספר שכתוב עליה, 1.5 וולט, אומר כמה אנרגיה היא נותנת לכל יחידת מטען שעוברת דרכה.

• השקע בקיר

  בישראל המתח בשקע הוא כ־230 וולט — הפרש פוטנציאלים גדול בהרבה מסוללה, ולכן גם מסוכן.

• קווי מתח גבוה

  ככל שהמתח גבוה יותר, אפשר להעביר את אותה הספק בזרם קטן יותר, ולאבד פחות אנרגיה בדרך.

שאלות נפוצות

מה ההבדל בין מתח לזרם?

מתח הוא הפרש פוטנציאלים — ה”דחיפה” שגורמת למטענים לנוע. זרם הוא כמות המטען שעוברת בשנייה. מתח נמדד בוולט, זרם באמפר. אפשר שיהיה מתח בלי זרם, למשל בסוללה שלא מחוברת לכלום.

מה זה וולט?

וולט אחד פירושו ג’אול אחד של אנרגיה לכל קולון של מטען. סוללה של 9 וולט נותנת פי שישה אנרגיה לכל מטען מסוללה של 1.5 וולט.

פוטנציאל יכול להיות שלילי?

כן. הפוטנציאל נמדד תמיד ביחס לנקודת ייחוס, שבדרך כלל מוגדרת כאפס — למשל ההארקה. נקודה שהפוטנציאל בה נמוך מנקודת הייחוס תקבל ערך שלילי, בדיוק כמו גובה מתחת לפני הים.

מתח, זרם והתנגדות מתערבבים לכם?

בקורס החשמל והמגנטיות כל נושא מוסבר בסרטון, עם תרגילים פתורים לאורך הדרך. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.

לקורס החשמל והמגנטיות