מבוא לחשמל ואלקטרוניקה

חשמל הוא סוג של אנרגיה הכרוכה בזרימת אלקטרונים. כל החומר מורכב מאטומים, שיש להם מרכז הנקרא גרעין. הגרעין מכיל חלקיקים טעונים חיוביים הנקראים פרוטונים וחלקיקים לא טעונים הנקראים נויטרונים. גרעין האטום מוקף בחלקיקים טעונים שליליים הנקראים אלקטרונים. המטען השלילי של אלקטרון שווה למטען החיובי של פרוטון, ומספר האלקטרונים באטום בדרך כלל שווה למספר הפרוטונים.

כאשר כוח האיזון בין פרוטונים לאלקטרונים מופרע על ידי כוח חיצוני, אטום עשוי להשיג או לאבד אלקטרון. וכשאלקטרונים "הולכים לאיבוד" מאטום, התנועה החופשית של אלקטרונים אלה מהווה זרם חשמלי.

חשמל הוא חלק בסיסי מהטבע וזה אחת מצורות האנרגיה הנפוצות ביותר שלנו. בני אדם משיגים חשמל, שהוא מקור אנרגיה משני, מההמרה של מקורות אנרגיה אחרים, כמו פחם, גז טבעי, נפט וכוח גרעיני. מקורות החשמל הטבעיים המקוריים נקראים מקורות ראשוניים.

ערים ועיירות רבות נבנו לצד מפלים (מקור אנרגיה מכני ראשוני) שהסתובבו גלגלי מים לבצע עבודה. ולפני שהתחיל ייצור החשמל לפני קצת יותר ממאה שנה, בתים היו מוארים במנורות נפט, האוכל התקרר בתיבות הקרח והחדרים התחממו על ידי תנורים בוערים או בוערים.

מתחיל עם של בנימין פרנקלין בניסוי עפיפון בלילה סוער בלילה בפילדלפיה, הובנו בהדרגה עקרונות החשמל. באמצע 1800, חיי כולם השתנו עם המצאת החשמל נורה. לפני 1879 נעשה שימוש בחשמל בפנסי קשת לתאורת חוץ. המצאת הנורה השתמשה בחשמל כדי להביא תאורה פנימית לבתים שלנו.

גנרטור חשמלי (מזמן, מכונה שייצרה חשמל קיבלה את השם "דינמו", המונח המועדף כיום הוא "גנרטור") הוא מכשיר להמרת אנרגיה מכנית ל אנרגיה חשמלית. התהליך מבוסס על הקשר שבין מגנטיות וחשמל. כאשר חוט או כל חומר מוליך חשמלי אחר נע על פני שדה מגנטי, מתרחש זרם חשמלי בחוט.

לגנרטורים הגדולים המשמשים את תעשיית כלי החשמל יש מוליך נייח. מגנט המחובר לקצה מוט מסתובב ממוקם בתוך טבעת מוליכה נייחת העטופה בחתיכת חוט ארוכה ורציפה. כאשר המגנט מסתובב, הוא משרה זרם חשמלי קטן בכל קטע חוט כשהוא עובר. כל חלק מחוט מהווה מוליך חשמלי קטן ונפרד. כל הזרמים הקטנים של קטעים נפרדים מסתכמים בזרם אחד בגודל ניכר. זרם זה הוא מה שמשמש לכוח חשמלי.

תחנת כוח חשמלית משתמשת בטורבינה, במנוע, בגלגל מים או בדומים אחרים מכונה להנעת גנרטור או מכשיר חשמלי שממיר אנרגיה מכנית או כימית ל חשמל. טורבינות קיטור, מנועי בעירה פנימית, טורבינות בעירה בגז, טורבינות מים וטורבינות רוח הן השיטות הנפוצות ביותר לייצור חשמל.