מהם זרם ישר וזרם חילופין?
ודאי ראיתם פעם את הצירוף AC/DC. הכוונה היא כמובן לא ללהקת הרוק בשם זה, אלא לסימון שמופיע על מתקני חשמל ושעל שמו קראה לעצמה הלהקה.
מתקני החשמל שאנו מכירים מופעלים או על ידי זרם ישר (DC) או על ידי זרם חילופין (AC).
גם בימינו הוא שימושי. זרם ישר הוא זרם שאנו שואבים למשל מהסוללה, שיש לה שני קטבים: מינוס (-) ופלוס (+).
זה עובד כך: בקוטב הראשון יש עודף אלקטרונים. אם מחברים אליו מוליך חשמלי, כמו חוט מתכת או אפילו מים, האלקטרונים עוברים לאורכו של המוליך, לכיוון הקוטב השני, שבו יש חסר אלקטרונים.
האלקטרונים, בדרכם מקוטב לקוטב, מפעילים נורת חשמל, תנור או מכשיר רדיו וכדומה. זה די פשוט. הממציא המפורסם אדיסון הוא שהמציא את נורת החשמל ושלל מכשירי חשמל נוספים, שכולם פועלים בזרם ישר.
הזרם הישר הוא העדיף גם במכוניות, שם יש דינמו המייצר חשמל מתנועת המנוע ומצבר שצובר את החשמל ומאפשר להפעיל את המכונית.
המנוע על בסיס זרם חילופין שפיתח טסלה הגדיל את המתח בכבלים באופן דרמטי, לא פעם לרמה של עשרות אלפי וולט. בכך הוא הקטין מאוד את עוצמת הזרם ומזער את אובדן החשמל, בדרכו מתחנת הכוח אל הצרכן.
במנוע של טסלה לא היה מגע בין החלקים השונים ובניגוד למנוע של אדיסון לא היו ניצוצות. יתרון טכנולוגי משמעותי, שנראה לאנשים כמעט מיסטי.
יתרון נוסף בשיטת זרם החילופין היה שכבלי החשמל כמעט ולא מתחממים. זה אפשר לבנות רשת חשמל מכבלי נחושת דקים וזולים הרבה יותר ולהביא את החשמל במהירות עצומה לכל פינה בעולם.
ממציא זרם החילופין, טסלה, היה צעיר מאדיסון. בתקופה מסוימת הוא עבד אצל אדיסון, אך הפך למתחרהו.
טסלה עבד על היחס שבין שדה מגנטי למעגל חשמלי. מתצפית שערך, הוא ראה שסליל דומה המתקרב למגנט, יוצר בו לרגע זרם חשמלי. הוא ניחש שבמעגל חשמלי מסתובב בשדה המגנטי, יופיעו בו הבזקי חשמל. תדירות המבזקים תלויה במהירות הסיבובים. הוא גם גילה שהאלקטרונים נעים בכיוון אחד בהבזק ראשון, ועם הסיבוב הבא נעים בכיוון ההפוך.
טסלה קרא לזרם החולף בסליל המוליך "זרם חילופי" (או מתחלף) ולמכשיר שמייצר אותו הוא קרא גנרטור.
עוד גילוי חשוב שלו היה השנאי. אם נעביר זרם חילופין בסליל עם שדה מגנטי, תיווצר השראה מגנטית שמעבירה חשמל לסליל שני, המבודד ממנו. המכשיר הזה נקרא שנאי. אם בסליל השני יש פי שתיים כריכות מהראשון, יהיה המתח החשמלי שיופק בו כפול.
כיום AC, שהוא זרם חילופין, הוא סוג החשמל שאנו משתמשים בו ברשת החשמל הביתית והתעשייתית. המתח בסוללה פשוטה הוא 1.5 וולט ואילו ברשת הביתית בישראל הוא 220 וולט, שזה פי 150 כמעט (בארה"ב משתמשים בדרך כלל במתח ביתי של 110 וולט, ובישראל 220 וולט - שם מספר התנודות לשנייה הוא 60, לעומת 50 אצלנו).
החשמל נוצר בתחנות כוח, בטורבינות רוח ובמפלי מים במתח עילי של עד ל- 220,000 וולט, פי אלף מהמתח הביתי. משם הוא מועבר ברשת בין-עירונית, באמצעות חוטי נחושת בעובי לא גדול. המתח החשמלי האדיר הזה מוקטן באמצעות שנאי, למתח הביתי הקטן בהרבה.
השנאי, שהיום מכנים אותו לא פעם "ספק כוח", הוא גם זה שמאפשר להשתמש בזרם חילופין עבור מכשירים מבוססי זרם ישר. השנאי מקטין את המתח ומשנה את הזרם מהשקע שבקיר מזרם חילופין לזרם ישר.
ודאי ראיתם פעם את הצירוף AC/DC. הכוונה היא כמובן לא ללהקת הרוק בשם זה, אלא לסימון שמופיע על מתקני חשמל ושעל שמו קראה לעצמה הלהקה.
מתקני החשמל שאנו מכירים מופעלים או על ידי זרם ישר (DC) או על ידי זרם חילופין (AC).
זרם ישר
בזרם ישר (DC) נעים האלקטרונים בכיוון אחד כל הזמן. מי שגילה את זה היה הממציא האמריקאי המפורסם תומס אלווה אדיסון.
גם בימינו הוא שימושי. זרם ישר הוא זרם שאנו שואבים למשל מהסוללה, שיש לה שני קטבים: מינוס (-) ופלוס (+).
זה עובד כך: בקוטב הראשון יש עודף אלקטרונים. אם מחברים אליו מוליך חשמלי, כמו חוט מתכת או אפילו מים, האלקטרונים עוברים לאורכו של המוליך, לכיוון הקוטב השני, שבו יש חסר אלקטרונים.
האלקטרונים, בדרכם מקוטב לקוטב, מפעילים נורת חשמל, תנור או מכשיר רדיו וכדומה. זה די פשוט. הממציא המפורסם אדיסון הוא שהמציא את נורת החשמל ושלל מכשירי חשמל נוספים, שכולם פועלים בזרם ישר.
הזרם הישר הוא העדיף גם במכוניות, שם יש דינמו המייצר חשמל מתנועת המנוע ומצבר שצובר את החשמל ומאפשר להפעיל את המכונית.
זרם חילופין
בזרם החילופין (AC) האלקטרונים משנים את כיוון התנועה שלהם, בכבל המוליך למשל, עשרות פעמים בשניה. 50 או 60 הרץ, לדוגמה, אומרת ש-50 או 60 פעמים בשנייה מתחלף כיוון התנועה של האלקטרונים.
המנוע על בסיס זרם חילופין שפיתח טסלה הגדיל את המתח בכבלים באופן דרמטי, לא פעם לרמה של עשרות אלפי וולט. בכך הוא הקטין מאוד את עוצמת הזרם ומזער את אובדן החשמל, בדרכו מתחנת הכוח אל הצרכן.
במנוע של טסלה לא היה מגע בין החלקים השונים ובניגוד למנוע של אדיסון לא היו ניצוצות. יתרון טכנולוגי משמעותי, שנראה לאנשים כמעט מיסטי.
יתרון נוסף בשיטת זרם החילופין היה שכבלי החשמל כמעט ולא מתחממים. זה אפשר לבנות רשת חשמל מכבלי נחושת דקים וזולים הרבה יותר ולהביא את החשמל במהירות עצומה לכל פינה בעולם.
ממציא זרם החילופין, טסלה, היה צעיר מאדיסון. בתקופה מסוימת הוא עבד אצל אדיסון, אך הפך למתחרהו.
טסלה עבד על היחס שבין שדה מגנטי למעגל חשמלי. מתצפית שערך, הוא ראה שסליל דומה המתקרב למגנט, יוצר בו לרגע זרם חשמלי. הוא ניחש שבמעגל חשמלי מסתובב בשדה המגנטי, יופיעו בו הבזקי חשמל. תדירות המבזקים תלויה במהירות הסיבובים. הוא גם גילה שהאלקטרונים נעים בכיוון אחד בהבזק ראשון, ועם הסיבוב הבא נעים בכיוון ההפוך.
טסלה קרא לזרם החולף בסליל המוליך "זרם חילופי" (או מתחלף) ולמכשיר שמייצר אותו הוא קרא גנרטור.
עוד גילוי חשוב שלו היה השנאי. אם נעביר זרם חילופין בסליל עם שדה מגנטי, תיווצר השראה מגנטית שמעבירה חשמל לסליל שני, המבודד ממנו. המכשיר הזה נקרא שנאי. אם בסליל השני יש פי שתיים כריכות מהראשון, יהיה המתח החשמלי שיופק בו כפול.
כיום AC, שהוא זרם חילופין, הוא סוג החשמל שאנו משתמשים בו ברשת החשמל הביתית והתעשייתית. המתח בסוללה פשוטה הוא 1.5 וולט ואילו ברשת הביתית בישראל הוא 220 וולט, שזה פי 150 כמעט (בארה"ב משתמשים בדרך כלל במתח ביתי של 110 וולט, ובישראל 220 וולט - שם מספר התנודות לשנייה הוא 60, לעומת 50 אצלנו).
החשמל נוצר בתחנות כוח, בטורבינות רוח ובמפלי מים במתח עילי של עד ל- 220,000 וולט, פי אלף מהמתח הביתי. משם הוא מועבר ברשת בין-עירונית, באמצעות חוטי נחושת בעובי לא גדול. המתח החשמלי האדיר הזה מוקטן באמצעות שנאי, למתח הביתי הקטן בהרבה.
השנאי, שהיום מכנים אותו לא פעם "ספק כוח", הוא גם זה שמאפשר להשתמש בזרם חילופין עבור מכשירים מבוססי זרם ישר. השנאי מקטין את המתח ומשנה את הזרם מהשקע שבקיר מזרם חילופין לזרם ישר.
