חשמל
English: Electricity

ניצוצות כתוצאה מקצר חשמלי

חשמלאנגלית: Electricity) הוא קבוצה של תופעות פיזיקליות הקשורות לנוכחות ולתנועה של מטען חשמלי. נוכחות של מטען חשמלי, אשר יכול להיות חיובי או שלילי, מייצרת שדה חשמלי. כל חלקיק טעון חשמלית יכול לגרום לתופעות חשמליות, אך בטבע רוב התופעות החשמליות נובעות מהמטען החשמלי של אלקטרונים ופרוטונים בלבד.

התנועה של מטענים חשמליים היא זרם חשמלי ומייצרת שדה מגנטי. תופעות החשמל והמגנטיות קשורות זו בזו, ויחדיו נחשבות לכוח יסודי בטבע, כלומר כוח שלא ניתן לתאר אותו כתוצאה של כוחות אחרים, וקרוי הכוח האלקטרומגנטי. תופעות נפוצות רבות קשורות בחשמל, כגון ברקים, חשמל סטטי, ועוד.

לחומרים שונים תכונות חשמליות שונות, בשל אופן חלוקת ופיזור האלקטרונים בתוכם. ישנם חומרים, מתכות בעיקר, המכילים אלקטרונים חופשיים – אלקטרונים שאינם בקשר הדוק לאטומים – שמאפשרים תנועה של האלקטרונים בתוכם, תופעה הקרויה זרם חשמלי. חומרים כאלו מכונים מוליכים, על שם יכולתם להוליך חשמל.

חומרים אחרים ניחנים ביכולת לצבור עודף או חוסר של אלקטרונים, אך מגלים התנגדות לזרימה חופשית של אלקטרונים, והם קרויים חומרים מבודדים . כך ניתן לראות בחוטי החשמל בבתים חומר מוליך – על פי רוב נחושת – העטוף בפלסטיק מבודד, על מנת למנוע זליגה מסוכנת של אלקטרונים מהחוט.

במצבו הבסיסי אטום מאוזן בין מטען חיובי לשלילי, אך בחומרים מבודדים ניתן להחסיר או להוסיף אלקטרונים. בשני המקרים נבנה עודף של מטען, שלילי בהוספת אלקטרונים, וחיובי בהסרתם. בשל כוחות הדחייה והמשיכה עודף זה שואף למצב של איזון: אם נצמיד חומר המכיל עודף לחומר בו קיים חוסר ינועו האלקטרונים מהעודף לחוסר, כלומר ייווצר זרם חשמל. גם אם נחבר חומר מוליך בין עודף לחוסר תיווצר תנועה זו. כך מתחולל זרם חשמלי במוליך.

את שני סוגי המטען החשמלי מסמנים למשל על סוללות, שבקצה אחד יש כמות גדולה יותר של אלקטרונים והוא מסומן במינוס (-) והקצה הנגדי, בו ישנו מספר קטן יותר של אלקטרונים מסומן בפלוס (+). מטענם של האלקטרונים מוגדר כשלילי, ובלב גרעין האטום קיימים פרוטונים, שמטענם מוגדר כחיובי. להבדיל מהאלקטרונים, בלב האטום פועל כוח נוסף, הכוח החזק, שכובל את גרעין האטום ומונע לרוב מהפרוטונים לנוע כמו האלקטרונים.