בכדי להבין מדוע אנו יכולים לשנות את כיוון הכנסת התקע החשמלי של מכשיר כלשהו, ללא הארקה, לשקע הקיר, כלומר "לשנות בין המינוס לפלוס" אנו צריכים לזכור כי הזרם אשר מסופק לנו מחברת החשמל הינו זרם חלופין ולא זרם ישר ("זרם רגיל").

זרם ישר (DC) נובע מ'מתח ישר', כלומר מתח בקוטביות קבועה הקיים בין שני קצוות תיל חשמלי. הזרם הישר הינו למעשה תנועת מטענים בכיוון אחד ללא קשר אם עוצמת הזרם משתנה או קבועה (גם אם עוצמת הזרם במערכת חשמלית כלשהי משתנה, כל עוד הזרם זורם במערכת בכיוון אחד, הזרם נחשב לזרם ישר).

זרם חילופין (AC) הוא זרם חשמלי שהופך את כיוונו באופן מחזורי. בניגוד לזרם ישר, DC, שהינו "זרם רגיל". מספר המחזורים בשניה הינו התדירות, ואנו מודדים את תדירות הזרם החלופי ביחידות הרץ. כאשר התדירות של הזרם החילופין הינה אפס אנו מקבלים זרם ישר. כשזורם זרם חילופין השינוי בזרם הינו מחזורי: המתח עולה והוא מגיע למקסימום של -220v ואז יורד וכך ממשיך במחזוריות. הזרם החילופי זורם מקוטב אחד למשנהו וחוזר חלילה, הזרם זורם בתקע החשמלי שבקיר בחור הימני בשקע ואחר כך בחור השמאלי וחוזר חלילה. זו למעשה הסיבה שאנו יכולים להפוך את הקטבים של תקעי המכשירים החשמליים אשר מוכנסים לתקע שבקיר. לדוגמא, כשאנו מכניסים את התקע של מטען הסלולאר לשקע בקיר, אין חשיבות לסדר החיבורים, אין הדבר משנה איזה מהם יחובר למוליך הפאזה ואיזה למוליך האפס בשקע (הכוונה היא כאן לקטבים העליוניים ולא לחיבור התחתון, שמציין הארקה, הקיים בחלק מהמכשירים החשמליים). זאת בניגוד למכשיר חשמלי הפועל בזרם ישר. איננו יכולים ,לדוגמא, לשנות את קטבי הסוללה בשלט הטלוויזיה זאת משום שהשלט עובד על זרם ישר ולכיוון הזרם יש חשיבות. המשמעות של זרם החילופין הוא שהזרם זורם בתקע החשמלי שבקיר פעם אחת בחור הימני בשקע ופעם בחור השמאלי בשקע וכך חוזר חלילה.


איור של מערכת זרם חילופין המופעלת באמצעות גנרטור. מימין, הזרם במערכת הינו חילופין, שימו לב לשינוי כיוון הזרם החשמלי. משמאל, הזרם הנו זרם ישר, הזרם החשמלי זורם בכיוון אחד.

מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

26 תגובות

  • חיים זסלבסקי

    השפעת ההיפוך על הסאונד

    אז מדוע היפוך תקע משפיע על הסאונד המופק ממכשירים המתחברים ל-AC?

  • יהודה

    זרם החשמל

    שלום
    האם יש זרם באחד מחוטי החשמל בזמן שאין מעגל סגור
    תודה מראש

  • daniel

    אז איך גורמים למנועac לשנות

    אז איך גורמים למנועac לשנות כיוון

  • dan

    וואח באמת נחמד

    כל הכבוד על המאמר אין ספק שלימד אותי בתור בעל מקצוע בתחום שמתעסק עם פירוק והרכבות. http://www.clearex.co.il/

  • משה בן ארי

    תיקון קל מקסימום המתח הוא לא 220 וולט אלא 311 וולט

    להבנה, למה? צריך לזכור שהמדידה בעזרת מד מתח היא בשיטת RMS כלומר ממוצעת. היות והמתח משתנה מפלוס 311 למינוס 311 וולט כאשר מדובר על גל סינוסי טהור הממוצע בשיטת RMS הוא 220 וולט. נוסחה מאפיינת
    220 * (2)SQRT שווה 311

  • נתן שטיינמץ

    לאן נעלם הזרם

    מחקרים גילו כי כאשר מודדים את עוצמת הזרם בתוך האדמה, ניתן לראות כי בעומק של כ 5 מטרים הזרם מתאפס.
    מה שאני לא מבין הוא, הרי יש חיבור מתח גבוה ישירות לאדמה, ואם כן יש גם זרם גבוה שזורם לתוך האדמה. כיצד זרם זה מתאפס?

  • משה בן ארי

    זה לא הזרם מתאפס אלא האנרגיה

    אם תסתכל על זרם כפונקציה של אנרגיה E=V*I*t תראה כי למעשה כנראה האנרגיה כבר נספגה ולכן בעומק כ"כ עמוק האנרגיה שופאת לאפס ואיתה הזרם

  • רון

    פיוז\ממסר פחת

    ערב טוב ושלום רב
    בראשית דבריי הרצה להודות למקימי ותומכי האתר. הוא מחכים אותי רבות.
    ועכשיו לשאלה: ברצוני לדעת
    א.מה ההבדל בן פיוז לבן ממסר פחת? (אם יש הבדל)
    ב.למה יש בלוח חשמל ביתי ממסר פחת ליד פיוז?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןחגי אדרי

    תשובה

    שלום רון,

    א. פיוז (נתיך) הוא פשוט חלק במעגל שיכול לעבור דרכו כמות מוגבלת של זרם, אם עובר זרם גבוה יותר הוא פשוט מותך והמעגל מתנתק ובכך נמנעת פגיעה לרכיבים אחרים או התחשמלות.
    ממסר פחת מודד את הפרש הזרמים בין שני כניסות, לדוגמא כניסת הפאזה והאפס של מעגל חשמלי. אם הכל תקין הזרם אמור להיות שווה בשניהם, אם ההפרש גדול מערך מסויים (30 מיליאמפר במכשירים ביתיים) אז הממסר מנתק את הזרם מכיוון שזה אומר שהזרם הלך למקום אחר (לדוגמא זליגה לאדמה במכשיר לא תקין או התחשמלות).
    ב. לפעמים מכשיר יכול להתקלקל ולא תהיה זליגה, אבל הזרם במעגל יהיה גבוה מאוד. במקרה כזה ממסר פחת לא יעבוד אבל הפיוז יותך וימנע את הזרם הגבוה, לכן צריך את שניהם להגנה מתקלות שונות.

  • משה

    זרם ישר/חילופין

    תודה על ההסבר, אבל יש לי שאלה בנוגע ל"...הזרם זורם בתקע החשמלי שבקיר בחור הימני בשקע ואחר כך בחור השמאלי וחוזר חלילה.":
    אם ככה, מדוע הטסטר דולק רק בחור הימני ולא בשמאלי?

    תודה

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןחגי אדרי

    תשובה

    שלום משה,

    חור אחד הוא הפאזה כלומר מחובר למקור המתח, והחור השני הוא האפס ואין לו מקור מתח. כדי לראות אור בטסטר אתה צריך גם להכניס את הקצה עם המברג לחור הפאזה, וגם לגעת בבסיס שלו (הקצה הנגדי למברג, בו יש חלק העשוי מתכת) וכך אתה מחבר אותו לאדמה.
    בגלל שבחור האפס אין מקור מתח, לא יהיה אור (למעשה חיברת אדמה לאדמה). בחור הפאזה לעומת זאת יש מקור מתח, ואתה סוגר מעגל דרך האדמה ולכן יהיה אור.
    הכוונה בכך ש"הזרם זורם בחור הימני ואחר בשמאלי" וכו', היא שכיוון הזרם מתהפך מאחר ומדובר במקור מתח חלופין (AC).

  • ירון

    המשך שאלה

    ערב טוב. אני יודע שחובה שהחשמל יזרום רק במעגל. השאלה שלי היא למה, הרי הפלוס מגיע למכשיר חשמלי כל שהוא ושם החשמל כביכול מתבזבז. אז למה צריך שיהיה לו המשך של מינוס?!

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןחגי אדרי

    תשובה

    שלום ירון,

    להבא אתה מוזמן להגיב לתשובה שלי ולא ליצור שרשור חדש, כדי שגם אנשים אחרים יוכלו לעקוב במידת הצורך.

    כדי ליצור זרם צריך להפעיל כוח על האלקטרונים במתכת, את זה אנחנו עושים באמצעות יצירת שדה חשמלי. השדה החשמלי תלוי בנגזרת של הפוטנציאל, ולכן צריך ליצור הפרש מתחים בין שתי נקודות. אם נחבר רק את הפלוס יהיה לנו רק מתח קבוע במערכת ואין הפרש מתחים, ברגע שיש הפרש מתחים בין הפלוס למינוס נוצר שדה חשמלי והאלקטרונים יכולים לזרום.

  • ירון

    שאלה

    שלום לך ובוקר טוב
    יש לי 2 שאלות יחסית די בסיסיות אבל אני לוקה בהם בחסר ותהיתי אם תוכל לעזור לי
    1 החיבור של הפלוס זה למעשה מעביר את החשמל. אז למה אנחנו זקוקים למינוס?!
    2 איך זה שמחברים מערכת כל שהיא ברכב אפשר לחבר את המינוס לגוף הרכב

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןחגי אדרי

    תשובה

    שלום ירון,

    1. חשמל זורם במעגלים סגורים בלבד, אחרת אין לו לאן לזרום. מה יקרה כשהזרם יגיע לקצה?
    2. יש רכבים בהם גוף הרכב מחובר למינוס של המצבר.

  • יוני כנורי

    כאשר התדירות של הזרם החילופין

    שלום,
    צ"ל: כאשר התדירות של זרם החילופין .
    כל טוב,
    יוני

  • דניאל

    אם כן מדוע יש סימונים על תקעים ושקעים?

    אם זה זרם חליפין ולא משנה אופן החיבור מדוע טורחים לסמן על המוצרים היכן לחבר את האפס והיכן את הפאזה..?

    ועוד ששאלה מה זה אומר בזרם ישר פלוס פנימי או מינוס פנימי?
    תודה רבה.

  • ליטל

    שקע ותקע

    אם מכניסים מטען לתקע מבלי להכניס טלפון , זה בזבוז חשמל ? או שנגיד כיבינו את המזגן אך השקע בתוך התקע זה מבזבז חשמל או לא ?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    כן!

    בהחלט - מטען / שנאי צורך חשמל גם כשהוא לא מטעין (את יכולה להרגיש שהוא חם קצת גם כשהוא לא מטעין, מה שמוכיח שהוא צורך אנרגיה). גם מכשירים שנמצאים במצב השהייה מבזבזים חשמל.
    למעשה - מעריכים כי 5% מצריכת החשמל - היא של מכשירים שמחוברים לשקע ונמצאים במצב השהייה.
    ראי כתבה נרחבת על כך מאתר ynet.
    (הכתוב בכתבה נכון).

    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע.

  • גלעד

    האם קשת חשמלית מוגבלת במרחק?

    האם קשת חשמלית מוגבלת במרחק? והאם זה יכול ליהיות דרך להעברת זרם חשמלי מבוקר ללא חוטים (לדוגמא בתוך מכונה)

  • אשר

    שאלה בהארקה וחשמל

    קראתי שאם מאריקים קליפה חלולה שעוטפת גוף טעון כשהגוף "מרחף" בתוכה, היא תיצר שדה הפוך בסימנו לשדה של הגוף הטעון.

    מה יקרה כאשר הקליפה תנותק מההארקה ?
    האם הכל יחזור לקדמותו או אולי השדה הכולל יתאפס?

  • ירון גרוס.

    תשובה

    ננסח את השאלה כך - עצם פנימי טעון במטען q. מסביבו קליפה מוליכה (זה חשוב כמובן) נייטרלית - מה יקרה?

    במצב ההתחלתי העצם הפנימי (הבה ונניח שהוא כדור, זה יפשט את כל הבעיה) טעון והקליפה והחיצונית לא. הפוטנציאל על הקליפה החיצונית נובע אך ורק מהשדה שיוצרים המטענים שבקליפה הפנימית.

    במצב כזה מה שיקרה הוא שלמרות שהקליפה החיצונית נייטרלית, מאחר והיא מוליכה (נגיד מתכת)) המטען בה ינסה לסכך את המטען של העצם הפנימי, הדבר יעשה על ידי כך שעל השפה הפנימית של הקליפה הזו יצטבר מטען q- ועל השפה החיצונית שלה מטען q.

    אם נמדוד את השדה רחוק, מחוץ לשתי הקליפות הוא יהיה זהה לשדה שיוצר העצם הפנימי שלשם הפשטות הוא כנראה יראה כמו מטען נקודתי שנמצא במרכז הקליפה (אם נסתכל מרחוק מספיק זה יהיה נכון אפילו אם העצם לא נקודתי).

    בין שתי הקליפות יהיה שדה סופי כלשהו ואפשר לחשב אותו.

    כאשר מחברים את ההארקה לקליפה החיצונית, בעצם כופים עליה פוטנציאל אפס. הדרך היחידה לגרום לכך היא על ידי טעינת הקליפה החיצונית במטען הפוך ממטען הקליפה הפנימית. מטען זה למעשה ינטרל את המטען שהיה קודם לכן על השפה החיצונית של הקליפה.

    בהנחה שנחכה מספיק זמן עד שהמערכת תגיע לשיווי משקל (הנחה סבירה יהיה מדובר בשבריר שניה אם הקליפה מוליכה היטב) לפני שננתק את ההארקה, הרי שאם ניתוק ההארקה אנחנו "תוקעים" את הקליפה החיצונית במצב בו היא היתה רגע לפני הניתוק, המטען שלה קבוע כבר ולא ניתן לשינוי לכן כעת המצב יהיה זהה למצב בו הוא היה כאשר ההארקה היתה מחוברת.

    במצב זה כאמור הקליפה החיצונית טעונה במטען q-. השדה בנקודה רחוקה מחוץ לקליפה החיצונית הוא אפס. השדה בין הקליפה החיצונית לפנימית סופי, וניתן לחישוב גם כן.

    אם רוצים לחשוב אינוטאיטיבית מה שקורה אז נגיד שיש מטען חיובי על הקליפה הפנימית, המטען הזה מן הסתם מנסה למשוך אליו אלקטרונים מהקליפה החיצונית כאשר הקליפה החיצונית אינה מחוברת להארקה אין מטען עודף שיכול להמשך, לכן מה שקורא שאלקטרונים נמשכים לשפה הפנימית של הקליפה, ובכך יוצרים מטען שלילי על השפה הפנימית ומשאירים מטען חיובי על ה שפה החיצונית.

    כאשר מחברים את הקליפה החיצונית להארקה, בעצם מחברים אותה למאגר אינסופי של אלקטרונים, אשר נמשכים כמיטב יכולתם אל עבר המטען בקליפה הפנימית - וכך הם נמשכים מהההארקה אל השפה הפנימית של הקליפה, והשפה החיצונית שלה יכולה להשאר נייטרלית.

  • ניר

  • ירון גרוס.

    על הארקה וחשמל...

    שלום אשר,
    שאלתך אכן מעניינת. אנו נשתדל לענות עליה בהקדם

    תודה צוות צמ"ד

  • דניאל

    הכותרת לשאלה מטעה ויכולה להיות מסוכנת

    אני רוצה להעיר לך הערה.
    ישנה חשיבות גדולה מאוד לסדר החיבור בתקע.
    חיבור לא נכון יכול להגמר באסון.
    לכן הכותרת שלכם אינה מתאימה.
    צריך להיות זהיר מאוד בכתיבת הכתבה בגלל שבתקע קיים חוט הארקה.
    במקום עבודתי עובדת ביצעה שינוי חוטים בתקע של מכונת כביסה והניסוי כמעט ונגמר באסון.
    כל אחד שמבין בחשמל מבין למה הכוונה שלכם, אך לא כל קוראי הכתבה מבינים בחשמל.

  • חיים

    הכוונה היא לתקעים ללא חיבור הארקה.

    שלום דניאל,
    הכוונה היא לתקעים ללא חיבור הארקה. אני עדכנתי את הכתבה והדגשתי שמדובר בשני הקטבים העליונים שבתקע ולא לחיבור התחתון שמציין הארקה ונמצא בחלק מהמכשירים. בדרך כלל שמדובר על קטבים, מדברים על "פלוס" ו"מינוס", מוליך הפאזה ומוליך האפס. להארקה אין קשר משום שאין זה קוטב אלא חיבור הארקה.

    השם של הכתבה גם שונה בהתאם.
    תודה על תגובתך באתר