מושגים בחשמל

מטען חשמלי

כללי

שם – כמות המטען. q

יחידת מידה – c קולון.

נוסחה – 6.2*1018אלקטרונים=1c

תיאורתי

- מטען חשמלי יכול להיות חיובי או שלילי.

- אם נוסיף לגוף אלקטרונים, הוא יהפוך לשלילי.

- אם נחסיר מגוף אלקטרונים, הוא יהפוך לחיובי.

- מטענו החשמלי של גוף ניתן למדידה.

- המטען החשמלי הקטן ביותר שיכול להיות לגוף הוא אלקטרון אחד.

עוצמת הזרם החשמלי

כללי

שם – עוצמת הזרם I.

יחידת מידה –A אמפר.

נוסחה – I=q/t (איי=קיו חלקי טי)

תיאורתי

עוצמת הזרם החשמלי תלויה בשני גורמים:

כמות המטענים – q.

זמן בשניות – t.

- ככל שכמות המטענים גדלה, עוצמת הזרם גדלה.

- ככל שהזמן גדל, עוצמת הזרם קטנה.

אמפר: עוצמת הזרם החשמלי במוליך שווה לאמפר אחד כאשר תזרום במוליך הזה כמות של קולון אחד בשנייה אחת.

תנועת מטענים

זרם חשמלי

זרם חשמלי הוא תנועה של מטענים שליליים הנעים בצורה מסודרת ובכיוון אחד.

הזרם החשמלי יכול להיווצר אם יהיו בחומר מספיק אלקטרונים על מנת ליצור זרם. לחומרים המאפשרים זאת קוראים מוליכים. בחומרים הנקראים מבודדים אין מספיק אלקטרונים על מנת ליצור מהם זרם, וזאת בגלל מבנה האטום שלהם.

בין החומרים המוליכים: זהב, כסף, נחושת, ברזל, מים, גוף האדם.

בין החומרים המבודדים: קרמיקה, גומי, פלסטיק, עץ יבש, נייר.

הערה – מובן שהתנועה המסודרת נגרמת ע"י גורם חיצוני הנקראת מתח חשמלי.

מה ניתן למדוד בזרם חשמלי? – כמות וזמן.

מתח והתנגדות במעגל החשמלי

התנגדות – כללי

שם – התנגדות (או צרכן, הצרכן יוצר את ההתנגדות). R

יחידת מידה – אום.

נוסחה – R=V/I

תיאורתי

תפקיד הצרכן – לגלגל את האנרגיה החשמלית המגיעה אליו לאנרגיה אחרת.

חישוב עוצמת הזרם עפ"י מתח (ראה למטה) והתנגדות :

I=V/R

- ככל שמקור המתח (V) גדל – עוצמת הזרם גדלה.

- ככל שההתנגדות (R) גדלה – עוצמת הזרם קטנה.

חוק אוהם

במעגל החשמלי, עוצמת הזרם (I) היא המנה של היחסים בין המתח להתנגדות.

היחסים האלה מוגדרים בחוק אוהם ע"י שלוש נוסחאות:

I=V/R , V=I*R , R=V/I

מתח - כללי

שם – מתח V.

יחידת מידה –וולט v.

נוסחה –V=I*R (וי שווה איי כפול אר)

מתח - תיאורתי

מקור המתח:

יוצר שתי נקודות: אחת מינוס והשנייה פלוס. הנקודה מינוס היא גבוהה באנרגיה חשמלית והנקודה פלוס נמוכה באנרגיה חשמלית. נוצר הפרש אנרגטי הגורם לתנועת אלקטרונים לזוז מן המינוס אל הפלוס.

דוגמאות למקורות מתח:

סוללה, חברת החשמל, דינמו ועוד...

אנרגיה חשמלית

כללי

שם – אנרגיה חשמלי. Ee

יחידת מידה –ג'ול J

נוסחה –Ee=V*I*t (אי שווה וי כפול איי כפול טי) או Ee=V*q

תיאורתי

כמות האנרגיה החשמלית המתגלגלת במכשיר חשמלי תלויה בשלושה גורמים:

1. במתח החשמלי שאליו מחובר המכשיר. V

2. בעוצמת הזרם שזורמת במכשיר. I

3. בזמן שבהמשכו פועל המכשיר. t

הספק חשמלי

כללי

שם – הספק. P

יחידת מידה –וואט. w

נוסחה –P=I*V

תיאורתי

הספק הוא היכולת לבצע עבודה בפרק זמן נתון.

מנוף ופועל יכולים לבצע את אותה העבודה ולהשקיע את אותה כמות אנרגיה. אך, לפועל ייקח זמן רב יותר לבצע את הפעולה מכיוון שאין ביכולתו להשקיע כמויות גדולות של אנרגיה בזמן קצר. ליכולת להשקיע כמות אנרגיה מסוימת בזמן מסוים קוראים הספק. כך נוכל לומר, שהספק הפועל קטן מהספק המנוף.

האנרגיה שמסוגל לגלגל מכשיר בזמן מסוים תלויה בשני גורמים:

1. ההספק שלו P.

2. הזמן שהוא פועל.

לחישוב האנרגיה החשמלית באמצעות הספק וזמן משתמשים בנוסחה:

P*t=Ee

מעגל מקבילי

מהו מעגל מקבילי?

מעגל מקבילי הוא מעגל שבו הצרכנים מחוברים במקביל אחד לשני.

יתרונותיו של המעגל המקבילי

מעגל מקבילי הוא הפתרון לחסרונות של המעגל הטורי.

כל רכיב במעגל מקבילי מחובר כאילו הוא לבד במעגל והוא מקבל את מלוא האנרגיה החשמלית.

אם אחד מן הרכיבים במעגל יצא מכלל שימוש, הדבר לא ישפיע על יתר הרכיבים (צרכנים).

חישובים ונוסחאות במעגל המקבילי

הנתונים בכל הדוגמאות בסעיפים

המתח הזורם במעגל המקבילי הוא 240 וולט. במעגל המקבילי יש שני צרכנים (התנגדויות). התנגדות צרכן 1 היא 2 אום והתנגדות הצרכן השני היא 4 אום.

לחישוב עוצמת הזרם החשמלי בכל אחד מן המוליכים

משתמשים בנוסחה למציאת זרם חשמלי (I=V/R) על כל אחד מן הנתונים.

דוגמא:

I1=V/R1=240/2=120A

I2=V/R2=240/4=60A

לחישוב ההספק החשמלי בכל אחד מן הצרכנים

משתמשים בנוסחה למציאת הספק חשמלי (P=I*V) על כל אחד מן הנתונים.

דוגמא:

PR1=I1*V=120*240=28800w

PR2=I2*V=60*240=14400w

לחישוב הזרם הכולל במעגל

מחברים את כל הזרמים של כל המוליכים במעגל (הזרמים חושבו מקודם!!)

דוגמא:

IT=I1+I2=120+60=180A

לחישוב ההספק הכולל במעגל

יש לחשב שתי נוסחאות. אם לא יוצאת אותה התוצאה בשתי הנוסחאות, יש טעות באחד החישובים.

הנוסחאות הן:

PT=IT*V (הזרם הכולל כפול המתח)

PT=PR1+PR2 (חיבור כל ההספקים של כל הצרכנים)

דוגמא:

PT=180*240=43200w

PT=28800+14400=43200w

מעגל טורי

מהו מעגל טורי?

מעגל טורי הוא מעגל שבו הצרכנים מחוברים בסדר אחד אחרי השני.

חסרונו של המעגל הטורי

במעגל הטורי ההספק קטן יותר מאשר במעגל המקבילי.

חישובים ונוסחאות במעגל המקבילי

הנתונים בכל הדוגמאות בסעיפים

המתח הזורם במעגל הטורי הוא 220 וולט. במעגל הטורי יש שני צרכנים (התנגדויות). התנגדות צרכן 1 היא 7 אום והתנגדות הצרכן השני היא 8 אום.

לחישוב ההתנגדות הכוללת במעגל

מחברים את התנגדויות כל אחד מהמוליכים.

דוגמא:

RT=7+8=15 אום

לחישוב הזרם הכולל במעגל

משתמשים בנוסחה לחישוב זרם חשמלי. (I=V/R)

דוגמא:

IT=V/RT=220/15=14.66A

שימו לב! – הזרם הכולל הוא הזרם הזורם דרך כל ההתנגדויות (צרכנים) במעגל!

לחישוב המתח בכל אחד מן הצרכנים (התנגדויות)

משתמשים בנוסחה לחישוב מתח (V=I*R) על כל אחת מן ההתנגדויות (משתמשים בזרם הכולל).

דוגמא:

VR1=I*R1=14.66*7=102.62v

VR2=I*R2=14.66*8=117.28v

לחישוב ההספק של כל אחד מן הצרכנים

משתמשים בנוסחה לחישוב הספק (P=V*I) על כל אחד מן המתחים (משתמשים בזרם הכולל).

דוגמא:

P1=V1*I=102.62*14.66=1504.40w

P2=V2*I=109.28*14.66=1602.04w

לחישוב ההספק הכולל במעגל החשמלי

יש לחשב שתי נוסחאות. אם לא יוצאת אותה התוצאה בשתי הנוסחאות, יש טעות באחד החישובים.

הנוסחאות הן:

PT=IT*V (הזרם הכולל כפול המתח [הכולל])

PT=PR1+PR2 (חיבור כל ההספקים של כל הצרכנים)