שדה חשמלי

• חשמל ומגנטיות
• חשמל ומעגלים
• 5 דקות קריאה

מה זה שדה חשמלי, איך מחשבים את עוצמתו, ולאן מכוונים קווי השדה — עם נוסחה, תרגיל פתור וסרטון.

התשובה בקצרה

שדה חשמלי הוא ההשפעה שמטען חשמלי יוצר סביבו. כל מטען אחר שייכנס לאזור הזה ירגיש כוח:

1. עוצמת השדה היא הכוח שפועל על יחידת מטען, והיא נמדדת בניוטון לקולון.
2. כיוון השדה מוגדר לפי הכיוון שאליו יידחף מטען חיובי.
3. קווי השדה יוצאים ממטען חיובי ונכנסים למטען שלילי.

למי זה מיועד: שדה חשמלי נלמד בתיכון, אחרי חוק קולון. כדאי להכיר קודם את מושג המטען החשמלי.

מה זה שדה חשמלי

שני מטענים מרגישים זה את זה גם ממרחק, בלי מגע. כדי להסביר את זה בלי “קסם”, אומרים שכל מטען משנה את המרחב סביבו ויוצר בו שדה. המטען השני לא מרגיש את הראשון ישירות — הוא מרגיש את השדה שבמקום שבו הוא נמצא.

העוצמה של השדה בנקודה מסוימת מוגדרת כך: מכניסים לשם מטען קטן, מודדים את הכוח שפועל עליו, ומחלקים במטען. התוצאה לא תלויה במטען שהכנסנו — היא תכונה של המקום עצמו.

תרגיל פתור

הנתונים: מטען של 2 מיקרו־קולון מונח בנקודה מסוימת, ופועל עליו כוח של 0.4 ניוטון.
השאלה: מה עוצמת השדה החשמלי בנקודה? ואיזה כוח יפעל שם על מטען של 5 מיקרו־קולון?

1. ממירים את המטען לקולון ומציבים: E = F / q = 0.4 / (2 · 10⁻⁶) = 2 · 10⁵
2. השדה לא תלוי במטען הבוחן. מחשבים את הכוח החדש: F = E · q = 2 · 10⁵ · 5 · 10⁻⁶ = 1

התשובה: עוצמת השדה היא 200,000 ניוטון לקולון, ועל מטען של 5 מיקרו־קולון יפעל שם כוח של ניוטון אחד. E = 2 · 10⁵ NC , F = 1 N

קווי שדה וכיוונים

מציירים שדה חשמלי בעזרת קווים. ממטען חיובי הם יוצאים החוצה לכל הכיוונים, ואל מטען שלילי הם נכנסים פנימה. בין שני מטענים הפוכים הקווים עוברים מהחיובי אל השלילי, וביניהם השדה חזק.

הכיוון של הקו הוא הכיוון שאליו יידחף מטען חיובי שיונח שם. מטען שלילי ירגיש כוח בדיוק בכיוון ההפוך. ככל שהקווים צפופים יותר, השדה חזק יותר.

איפה רואים את זה בחיים

• ברק

  בין הענן לקרקע נוצר שדה חשמלי עצום. כשהוא חזק מספיק, האוויר עצמו הופך למוליך, ומתקבל ברק.

• מסך מגע

  במסך יש שדה חשמלי קטן. האצבע, שמוליכה חשמל, משנה אותו — והמכשיר יודע איפה נגעתם.

• מכונת צילום

  תוף טעון מושך בעזרת שדה חשמלי אבקת דיו בדיוק למקומות שבהם צריך להיות טקסט.

שאלות נפוצות

מה ההבדל בין שדה חשמלי לכוח חשמלי?

השדה הוא תכונה של המרחב, וקיים גם בלי מטען נוסף. הכוח מופיע רק כשמכניסים לשדה מטען, והוא שווה לעוצמת השדה כפול גודל המטען.

מה ההבדל בין שדה חשמלי לשדה מגנטי?

שדה חשמלי פועל על כל מטען, גם אם הוא עומד במקום. שדה מגנטי פועל רק על מטען שנע. שניהם, כפי שהראה מקסוול, הם שני צדדים של אותה תופעה.

איך מחשבים שדה של מטען נקודתי?

מחלקים את הכוח מחוק קולון במטען הבוחן, ומקבלים שהשדה פרופורציוני למטען היוצר ויורד עם ריבוע המרחק. במרחק כפול, השדה חלש פי ארבעה.

שדות וכוחות מתערבבים לכם?

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

לקורס החשמל והמגנטיות

או מתחילים בחינם: ספר החשמל והמגנטיות, להורדה