הבדל מפתח – אמפר נגד קולומב
אמפר וקולומב הן שתי יחידות מדידה המשמשות למדידת הזרם. הזרם במוליך נמדד באמפר, ואילו קולומבס מודדים את כמות המטען. אמפר אחד שווה לזרימה של קולומב אחד של מטען בשנייה. שלא כמו קולומב, שמודד את כמות המטען, אמפר מודד כמה מהר כמות המטען נעה. זה ההבדל העיקרי בין אמפר לקולומב.
זרם חשמלי מתרחש בתוך מוליך כאשר נושאי המטען בתוך המוליך נעים דרכו בהשפעת הפרש מתחים.דוגמה נפוצה מאוד לאופן שבו הזרם מתרחש היא המים הזורמים דרך צינור. אם הצינור נשמר אופקית, לא תהיה זרימה בתוכו; אם הוא נוטה לפחות מעט, זה יוצר הבדל פוטנציאלי בין שני הקצוות והמים יתחילו לזרום דרך הצינור. ככל שהשיפוע גבוה יותר, הפרש הפוטנציאלים גבוה יותר, ומכאן שכמות המים הזורמת לשנייה גבוהה יותר. באופן דומה, אם הפרש המתח בין שני קצוות החוט גבוה יותר, כמות המטען הזורמת דרכו תהיה גבוהה יותר, מה שיוצר זרם גבוה.
מה זה אמפר?
יחידת המדידה של זרם, אמפר, נקראת על שמו של מתמטיקאי ופיזיקאי צרפתי אנדרה-מארי אמפר שנחשב לאבי האלקטרודינמיקה. אמפר נקראים גם מגברים, בקיצור.
חוק הכוח של אמפר קובע ששני חוטי חשמל מקבילים הנושאים זרם מטילים כוח זה על זה. International Systems of Unites (SI) מגדיר אמפר אחד על בסיס חוק כוח אמפר זה; "האמפר הוא הזרם הקבוע הזה שאם נשמר בשני מוליכים מקבילים ישרים באורך אינסופי, בחתך עגול זניח, וממוקם במרחק של מטר אחד זה מזה בוואקום, היה מייצר בין מוליכים אלה כוח השווה ל-2×10-7 ניוטון למטר אורך".
איור 01: הגדרת SI של אמפר
לפי חוק אוהם, זרם קשור למתח כמו:
V=I x R
R היא ההתנגדות של המוליך נושא הזרם. ההספק P הנצרך על ידי עומס מתייחס לזרם הזורם דרכו ולמתח המסופק לפי:
P=V x I
ניתן להשתמש בזה כדי להבין את הכמות של אמפר. שקול מגהץ חשמלי בעל דירוג 1000 W, המחובר לקו מתח של 230 וולט. ניתן לחשב את כמות הזרם שהוא צורך כדי להתחמם כ:
P=VI
1000 W=230 V ×I
I=1000/230
I=4.37 A
בהשוואה לזה, בריתוך בקשת חשמלית, קרן זרם של כמעט 1000 A משמשת להמסת מוט ברזל. אם נחשב ברק, הזרם הנמסר על ידי הבזק ברק ממוצע הוא כ-10,000 אמפר. אבל, נמדד גם הבזק ברק של 100,000 אמפר.
הזרם נמדד באמצעות מד זרם. מד זרם עובד בטכניקות שונות. במד זרם של סליל נע, סליל המותקן לאורך קוטר הסליל מסופק עם הזרם הנמדד. הסליל ממוקם בין שני קטבים מגנטיים; N ו-S. לפי חוק יד שמאל של פלמינג, כוח מושרה על מוליך נושא זרם אשר ממוקם בשדה מגנטי. לכן, הכוח על הסליל המותקן מסובב את הסליל סביב קוטרו. כמות הסטייה כאן היא פרופורציונלית לזרם דרך הסליל; לפיכך, ניתן לבצע את המדידה. עם זאת, גישה זו דורשת שבירת המוליך והצבת מד הזרם באמצע.מכיוון שלא ניתן לעשות זאת במערכת פועלת, משתמשים בשיטה מגנטית במדדי מהדק למדידת זרמי AC ו-DC ללא מגע פיזי עם המוליך.
איור 02: מד זרם מסוג סליל נע
מה זה קולומב?
יחידת ה-SI קולומב, המשמשת למדידת מטענים חשמליים, קרויה על שמו של הפיזיקאי צ'רלס-אוגוסטין דה קולומב שהציג את חוק קולומב. חוק קולומב קובע שכאשר שני מטענים q1 ו-q2ממוקמים במרחק r זה מזה, כוח פועל על כל מטען לפי:
F=(keq1q2)/r
כאן, ke הוא הקבוע של קולומב. קולומב (C) שווה למטען של בערך 6.241509×1018 מספר אלקטרונים או פרוטונים. לפיכך, ניתן לחשב את המטען של אלקטרון בודד כ-1.602177×10−19 C. מטען חשמלי סטטי נמדד באמצעות אלקטרומטר. כמו בדוגמה הקודמת של מגהץ חשמלי, ניתן לחשב את כמות המטען שעוברת למגהץ בשנייה אחת כך:
I=Q/t
Q=4.37 A ×1 s
Q=4.37 C
במהלך הבזק ברק, כ-15 קולומבים של מטען יכולים להעביר זרם של 30,000 A לאדמה מענן בשבריר שנייה. עם זאת, ענן רעם יכול להחזיק מאות קולומבים של טעינה במהלך ברק.
טעינה נמדדת גם באמפר-שעה (Ah=A x h) בסוללות. סוללת טלפון נייד טיפוסית של 1500 mAh (תיאורטית) מחזיקה טעינה של 1.5 A x 3600s=5400 C, וכדי להבין את הטעינה, היא מתבטאת בכך שהסוללה יכולה לספק זרם של 1500 mA בתוך שעה.
מה ההבדל בין אמפר לקולומב?
אמפר נגד קולומב |
|
| אמפר היא יחידת ה-SI למדידת הזרם החשמלי. מטען יחידה שעובר נקודה תוך שנייה אחת נקרא אמפר אחד. | קולומב היא יחידת ה-SI למדידת המטען החשמלי. קולומב אחד שווה למטען המוחזק על ידי 6.241509×1018 פרוטונים או אלקטרונים. |
| מדידה | |
| מד זרם משמש למדידת הזרם. | הטעינה נמדדת באמצעות אלקטרומטרים. |
| הגדרה | |
| Current מוגדר על ידי SI עם חוק הכוח של אמפר, בהתחשב בכוח הפועל על מוליכים נושאי זרם. | קולומב מוגדר רשמית כאמפר-שניה, שמקשר בין הטעינה לזרם. |
קיצי – אמפר נגד קולומב
אמפר משמש למדידת זרימת המטענים החשמליים, בניגוד לקולומב, המשמש למדידת המטען החשמלי הסטטי. למרות שאמפר קשור לקולומב בהגדרה, אמפר מוגדר ללא שימוש במטען, אלא באמצעות כוח הפועל על מוליך נושא זרם. זה ההבדל בין אמפר לקולומב.
