על מנת לערוך סיכומים נדרש לפתוח חשבון.

מושגים בחשמל: הבדלים בין גרסאות בדף

מתוך סיכומונה, אתר הסיכומים החופשי.
קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש
אין תקציר עריכה
 
אין תקציר עריכה
שורה 1: שורה 1:
חשמל
מטען חשמלי


קולון- המטען החשמלי שיגרום ל2- מטענים בעלי מטען של 1 קולון והמרוחקים 1 מטר זה ממרכזו של זה לכוח דחייה של K=9e9 ניוטון.
כללי


חוק קולון-חוק וקטורי, בין כל 2 מטענים פועל כוח. הכוח תלוי בגודל המטענים ביחס ישר וביחס הפוך לריבוע המרחק.
שם – כמות המטען. q


שדה- הערך שיש בכל נקודה במרחב לגבי גודל הכוח וכיוונו, ושיפעל על מטען/ גוף שנשים בנק' .
יחידת מידה – c קולון.
לשדה הנגרם מכוח הכובד קוראים שדה כבידה ולשדה הנגרם ע"י מטען- שדה חשמלי.


שדה חשמלי-הכוח הפועל על יחידת מטען. השדה של מטען הוא כוח קבוע-  Kq/R2.
נוסחה – 6.2*1018אלקטרונים=1c
השדה תלוי בגודל המטען q  שיוצר את השדה ובמרחק r  ממנו.
כיוונו: מוגדר ככיוון אליו ינוע מטען חיובי שיונח בנק'.
*למציאת שדה חשמלי שקול בנק' צריך למצוא את הערך המוחלט של כל ווקטור שדה וע"י שקול וקטורי למצוא את גודל השדה השקול וכיוונו.


חוק גאוס- באמצעותו ניתן לחשב שדה חשמלי של אוסף מטענים. ע"י יצירת מעטפת במרחק שווה ומאונך לאוסף המטענים נוצרת מעטפת שהשדה השדה החשמלי בה שווה בכל הנק' על המעטפת.
ע"י לקיחת אלמנט שטח (S) והכפלתו ברכיב השדה המאונך למשטח(רכיב קווי השטף  המאונכים) נקבל את השדה החשמלי.
 
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


לוח אינסופי- השדה שלו אחיד, כלומר שווה בכל מרחק ונק'. ההבדל בין לוחות שונים הוא רק בצפיפות המטען.
מעגל מקבילי הוא הפתרון לחסרונות של המעגל הטורי.


השדה בין 2 לוחות- גם השדה השקול מ2- לוחות יהיה אחיד. 2 שליליים/ 2חיוביים (שווים) יוצרים שדה גדול פי 2 .
כל רכיב במעגל מקבילי מחובר כאילו הוא לבד במעגל והוא מקבל את מלוא האנרגיה החשמלית.
שלילי+ חיובי(שווים בערך מוחלט) יוצרים שדה 0.


מוליך- חומר שבו מספר רב של אלקטרונים חופשיים, מבודד להפך.
אם אחד מן הרכיבים במעגל יצא מכלל שימוש, הדבר לא ישפיע על יתר הרכיבים (צרכנים).


שדה חשמלי של כדור מוליך ולא מוליך- מחוץ לכדור לא יהיה הבדל בין מטען נקודתי המרוכז במרכז וכדור טעון כי המטען הכלוא במעטפת שווה ב2- המקרים.
   
תנועת מטען בשדה חשמלי אחיד- מטען שימצא בשדה ירגיש כוח קבוע, אפשר להשתמש בנוסחאות תנועה שוות תאוצה. A=q*e/m


תווך דיאלקטרי- כשהתווך בין מקור השדה והנק' אינו ריק ומורכב ממולקולות המשפיעות על השדה החשמלי הכולל.
חישובים ונוסחאות במעגל המקבילי
*כשהתווך לא ריק נכפיל את 0 ב-r עפ"י סוג החומר.


אנרגיה פוטנציאלית חשמלית-ערכו סקלרי. האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית שיש למערכת שווה לעבודה שצריך להשקיע כדי להביא את כל המטענים מאינסוף, ולכן מחשבים כאילו מביאים מטען אחרי מטען. האנרגיה שווה 0 כשמרחקה ממטען הוא אינסופי.
הנתונים בכל הדוגמאות בסעיפים
*יכול להיות מצב שבו אין פוטנציאל ואין שדה-במרכז בין 2 מטענים שווים.
 
וגם שיש פוטנציאל ואין שדה- בתוך כדור מוליך טעון.
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.


פוטנציאל(V)- ("הגובה החשמלי")כמות העבודה ליחידת מטען.
דוגמא:
*כדי לחשב כמות עבודה בהבאת מטען q' נכפיל את הגודל הקבוע kq/r  במטען q' שהבאנו.
הפוטנציאל הוא V1 (וולט)  אם דרושה עבודה של J1 (ג'אול) בהבאת C 1(קולון) מאינסוף לנק'(או מהאדמה לנק'- פוטנציאל האדמה נחשב 0).


וולט(V)- יחידה שבה נמדד הפוטנציאל.(לא לבלבל עם וואט! שהיא יח' הספק).
I1=V/R1=240/2=120A


הפרש פוטנציאלים(מתח:U)- הפרש הפוטנציאלים בין 2 נק' הואV 1 אם צריך להשקיע J1 בהעברת C1 מנק' לנק'.
I2=V/R2=240/4=60A


אלקטרון וולט(ev)- זו האנרגיה של אלקטרון הנמצא בפוטנציאלV (-1). (גם כמות האנרגיה שהאלקטרון רוכש כשהוא מואץ במתח 1 וולט)  J (-19)e1.6= EP =q*U= -1.6e(-19) 
   


הקשר בין שדה לפוטנציאל- השדה החשמלי הוא גם מדד לכמה השתנה השדה החשמלי במרחק X .E=V/Q
לחישוב ההספק החשמלי בכל אחד מן הצרכנים
השדה נמדד גם ביח' V/M  בנוסף ל: N/C .
אם שדה אחיד הואV/M  5  זה אומר שכל 1 מטר בכיוון השדה המתח יורד ב5V-.
כיוון השדה מפוטנציאל גבוה לנמוך- מטען+ ינוע בכיוון השדה.
                                                  מטען - ינוע הפוך לכיוון השדה.


חילופי אנרגיה חשמלית וקינטית- אותו הדבר כמו אנרגית גובה וקינטית במכניקה. E=QV
משתמשים בנוסחה למציאת הספק חשמלי (P=I*V) על כל אחד מן הנתונים.
אם מטען יעבור לפוטנציאל נמוך יותר האנרגיה הפוטנציאלית תקטן והקינטית תגדל.
p2)+E(k2))E E(P1)+E(K1)=.


פוטנציאל של כדור מוליך- השדה החשמלי בתוך כדור מוליך הוא 0(לא משקיעים אנרגיה/עבודה להעביר מטען מנק' לנק'. הפוטנציאל("הגובה החשמלי") קבוע בכל הנק' והפוטנציאל בתוך המוליך יהיה שווה לפוטנציאל על השפה. E=V/Q  ולכן השדה החשמלי מודד את השינוי בפוטנציאל(אם השדה 0 זה אומר שאין הפרש פוטנציאלים והוא קבוע לא 0).
דוגמא:


זרם חשמלי-תנועה מכוונת של אלקטרונים. כיוונו: הכיוון שינועו מטענים חיוביים. תנועת המטענים הכללית היא שוות מהירות(בממוצע הכללי!-בעצם זו סדרה של האצות והאטות) וככל שמהירות הזרם גדלה מהירות המטענים גדלה.
זרם חשמלי דומה לזרם מים- את תפקיד הגובה תופס הפוטנציאל ואת תפקיד המסה תופס המטען החשמלי.


כמות זרם חשמלי- כמות המטען העוברת ליחידת זמן. I=Q/T.
PR1=I1*V=120*240=28800w
*כמות המטען והזרם יהיו תמיד חיוביים בגלל שזרם מוגדר כתנועה של המטענים החיוביים ששווים בערכם המוחלט למטען האלקטרון.


אמפר(A)-יחידת כמות הזרם ליחידת זמן.
PR2=I2*V=60*240=14400w
            1 אמפר הוא הזרם שבמוליך כשמטען של 1 קולון עובר בו במשך 1 שנייה.


נגד(צרכן)-חתיכת מוליך בעל התנגדות סגולית גדולה בהרבה מהחוטים שמקשרים אותו. הנגד צורך את האנרגיה הפוטנציאלית שבנפילת המתח. E(p)=E(p2)-E(p1)=qv1-qv2=qU
   
(הוא לא צורך זרם-כמות המטען בכניסה וביציאה שווה).


לחישוב הזרם הכולל במעגל


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


דוגמא:


מקור המתח (כ.א.מ- "כוח" אלקטרו מניע)- הוא ה"משאבה החשמלית" שלוקחת מטענים מהפוטנציאל הגבוה (ע"י תהליך כימי הדורש אנרגיה-מצבר, סוללה).
   
תפקידו: א)ליצור הפרש פוטנציאלים כדי שיזרום זרם (מפוטנציאל גבוה לנמוך).
            ב)להחזיר מטענים שהגיעו לפוטנציאל הנמוך לפוטנציאל הגבוה. ה(-) ל(+).
הגדרתו: 1)הפרש מתח בין הדקי המקור כשלא זורם זרם במעגל (אין נפילת מתח על  
              ההתנגדות הפנימית).
            2)כמות האנרגיה ליחידת מטען שמקור המתח מסוגל להפיק (כולל את האנרגיה על
              ההתנגדות  הפנימית).  W/Q=.


מעגל חשמלי: מעגל סגור המורכב מ-א) מוליכים ב) מקור מתח הגורם לתנועת מטענים.
IT=I1+I2=120+60=180A


התנגדות-הגדרות: 1)יכולת מוליך למנוע מעבר זרם דרכו.
                        2)היחס בין המתח והזרם על המוליך (ככל שההתנגדות גדלה הזרם קטן).
הזרם ממתח כלשהו תלוי במוליך- ככל שיהיו יותר אלקטרונים חופשיים ביחידת מתח-החומר הוא מוליך טוב יותר והתנגדותו קטנה.
*התנגדות של חומר/נורה הוא גודל קבוע! (לא תלוי בזרימת זרם דרכו).


חוק אום- הזרם על מוליך הוא ביחס ישר למתח וביחס הפוך להתנגדות.
לחישוב ההספק הכולל במעגל
*יש לשים לב להבדל בין 2 נוסחאות: V=R*I    I*T R=.
*(הניסוח האידיאלי של חוק אום מתואר ע"י גרף לינארי. במציאות זה מתקיים רק עבור מצבים שהנגד מסוגל לפלוט את כל החום הנוצר בו ולשמור על טמפרטורה קבועה-אחרת ההתנגדות משתנה עם הטמפרטורה ונוצר גרף (V,I) בעל שיפוע הולך וגדל ולא קו ישר).


התנגדות שקולה- התנגדותו של נגד אחד ששקול לסכום כל ההתנגדויות החיצוניות.
יש לחשב שתי נוסחאות. אם לא יוצאת אותה התוצאה בשתי הנוסחאות, יש טעות באחד החישובים.
*כשמחפשים מתח כללי ומוצאים נגד שקול הכולל גם את ההתנגדות הפנימית יש לציין זאת.


אום-(מסומן ב-) ההתנגדות מוליך היא 1 אום כשמתח של V1 בין קצותיו גורם לזרם של 1 אמפר.
הנוסחאות הן:


במה תלוי התנגדות המוליך?- 1)התנגדות סגולית-ז"א סוג החומר(מס' אלקטרונים חופשיים ביחידת נפח. יחידת נפח מוגדרת כמוליך שאורכו יחידת אורך1 ושטחו יחידת שטח1, ז"א היחידה היא *m).
PT=IT*V (הזרם הכולל כפול המתח)
2)בגודל המוליך- ככל שאורכו גדול יותר ההתנגדות גדלה/ ככל ששטח החתך גדל ההתנגדות קטנה).
3)בטמפרטורה-כשמחממים מוליך התנגדותו בד"כ גדלה בגלל שהאלקטרונים החופשיים נעים במהירות גדולה יותר בכל הכיוונים ונדרש מתח גדול יותר לגרום להם לנוע בכיוון מוגדר (חוץ מפחמן). אם השינוי בטמפ' לא גדול מדי היחס בקירוב לינארי.


חוק ג'אול- האנרגיה שמאבד מטען שעובר בצרכן הוא QU  ולכן האנרגיה שמקבל הצרכן ביחידת זמן(הספק) הוא: P=Ep/T  .      P=QU/T=IU(2 I=Q/T (1   
PT=PR1+PR2 (חיבור כל ההספקים של כל הצרכנים)
ז"א ההספק בכל צרכן שווה למכפלת הזרם בהפרש הפוטנציאלים עליו.


דוגמא:




(W)וואט-(J/SEC)-יחידת הספק-הגדרות: 1) שבצרכן שזורם בו זרם של 1 אמפר יש הפרש פוטנציאלים של 1 וולט ההספק המתקבל הוא 1 וואט.  P=VI   
PT=180*240=43200w
2)וואט הוא הספק הגוף כשיש בו שינוי אנרגיה של 1 ג'אול כל שנייה.(קומקום שבספקו 800 וואט צורך J800 כל שנייה).


קילוואט שעה(KWh)-J  6W=3.6*e 1000*KWH=3600 SEC1.
PT=28800+14400=43200w


קלוריה-ההספק שמסופק לנגד נפלט בצורת חום וחום נמדד ביחידה בשם קלוריה (ולא ביחידת האנרגיה J -ג'אול) J=0.24CAL 1   
  1CAL=4.2J ;   


נגד בטור- כשכל הזרם דרך נגד אחד חייב לעבור דרך נגד שני. הזרם בכל המחוברים בטור שווה, המתח שונה.
מעגל טורי
הנגד השקול יהיה גדול מכל אחד מהנגדים.
*הזרם דרך נגד שקול ו2- נגדים בטור ייתן אותו זרם.
ניתן לנצל את העובדה שהזרמים שווים:I1=I2 ;V1/R1=V2/R2V1/V2=R1/R2           


נגד במקביל- אם 2 חיבורים בלבד של נגד מחוברים ל2- חיבורים של נגד שני.
מהו מעגל טורי?
המתח בכל המחוברים בתור שווה, והזרם משתנה. בחיבור במקביל השקול קטן מכל אחד מהנגדים בנפרד.
*בחיבור במקביל אפשר להיעזר בכלל שיחס הזרמים בכל חוט הפוך לגודל הנגדים (למשל אם יחס הזרמים 3:1  אז יחס ההתנגדויות 1:3).
*ניתן לנצל את העובדה שהמתחים שווים:V1=V2; I1R1=I2R2I1/I2=R2/R1       
*ע"י נגד שקול אפשר למצוא את המתח של כל הנגדים בנפרד(וכך למצוא איזה זרם עבר בכל נגד כשהולכים מסוף להתחלה ע"י תרשים סכמתי).
*במקביל המתח על נגד שקול שווה למתח על כל אחד בנפרד- לכן כדי למצוא זרם בהתפצלות קל למצוא ע"י שקול.
*כשיש רק נגדים במקביל לכ.א.מ אפשר לחשב זרם בלי למצוא נגד שקול- בגלל שהמתח שווה על כל נגד במקביל.R / I=.


התנגדות פנימית- גם למקור מתח יש התנגדות(לא רצויה) ולכן מתח ההדקים יהיה קטן ממתח המקור.
מעגל טורי הוא מעגל שבו הצרכנים מחוברים בסדר אחד אחרי השני.
R+r/  t= I  ; Ir-U= ;  r+R/R*U= .
*ההספק המקסימלי מתקבל ממקור כ.א.מ שהתנגדותו הפנימית r  שווה להתנגדות החיצונית השקולה R(t).עם זאת הנצילות במקרה זה נמוכה: 50% מהאנרגיה מתבזבזים.(ההוכחה בעזרת נגזרת).
*בחיבור מספר מקורות כ.א.מ במקביל ההתנגדות הפנימית השקולה קטנה(כי גם ההתנגדויות הפנימיות מחוברות במקביל).


מתח הדקים- המתח בין קצוות של מקור מתח. מתח הדקים אינו גודל קבוע והוא תלוי בהתנגדות החיצונית Rt שמחברים למעגל.
הגדרות: 1) המתח שהסוללה מספקת החוצה לנגד שקול חיצוני.
            2) כשאין זרם מתח ההדקים שווה לכ.א.מ.
*ככל שהנגד השקולRt  שמחברים גדול יותר מתח ההדקים גדל וקרוב יותר לגודל מתח המקור.(אבל הזרם קטן יותר).
*ככל שהנגד השקול Rt שמחברים קטן יותר-מתח ההדקים קטן יותר (אבל הזרם גדול יותר). 
*כשבמעגל זורם זרם בכיוון הפוך לכיוון הכ.א.מ (כשיש כ.א.מ נוסף בכיוון מנוגד) מתח ההדקים גדול מהכ.א.מ בגלל שהזרם משנה כיוון ולכן יופיע כ-(I -) בנוסחה.  Ir +=(rI-)-U=
כלומר הפוטנציאל יורד בכיוון השני ולכן אם הולכים בכיוון ירידת הפוטנציאל מגיעים למתח גבוה יותר.
   
   
חוקי קירכהוף- מטרתם לפתרון: 1)מעגלים שבהם הנגדים מחוברים לא בטור ולא במקביל.
                                            2)כשיש יותר ממקור מתח אחד. 
                     
חוק הזרמים-מבוסס על חוק שימור המטען, סך כל הזרמים הנכנסים שווה לסך הזרמים היוצאים. כל זרם שעובר בצומת כ-I  יוצא כ: I2+I1+I3  וכו' עפ"י מספר ההתפצלויות.


חוק המתחים (חוק העניבות/לולאות)-מבוסס על חוק שימור האנרגיה, במסלול סגור סכום הכ.א.מ שווה לסכום מכפלות הזרם בהתנגדות.
חסרונו של המעגל הטורי
א)כיוון מקור המתח הוא בכיוון עליית המתח, חישוב הפרש פוטנציאלים נגד כיוון מקור המתח הוא שלילי.
 
ב)בין 2 צדדי נגד יש הפרש פוטנציאל, הזרם זורם מפוטנציאל גבוה לנמוך.
במעגל הטורי ההספק קטן יותר מאשר במעגל המקבילי.
*אם כיוון החישוב בכיוון הזרם תרומתו חיובית, אם כיוון החישוב נגד כיוון הזרם תרומתו שלילית.
 
*בקטע שבו יש גם מקור מתח וגם נגד : U=IR-
   
*במסלול סגור הפרש הפוטנציאל הוא 0 ולכן: סכום שלIR    שווה לסכום של מתח המקור.


קיבול-הגדרה: 1)הקיבול של מוליך הוא היחס הקבוע בין המטען והפוטנציאל שלו.
חישובים ונוסחאות במעגל המקבילי
ככל שכמות המטען Q הדרושה להקנות למוליך פוטנציאל V גדולה יותר הקיבול גדול יותר.
הפוטנציאל בקבל לאחר שטענו אותו הוא קבוע ונמצא ביחס ישר לכמות מטענו.
המושג: 1)הקבל הוא כלי קיבול למטען, הוא גודל גיאומטרי (תלוי במבנה ובממדים)+סוג החומר המוליך.
2)הקיבול תלוי ב- א)פרופורציוני לקבוע הדיאלקטרי של הסביבה שבה נמצא המוליך.
                        ב)נוכחות מוליכים אחרים לידו.
יחידות: הקיבול הוא 1 פארד-אם מטען של 1 קולון מקנה לו פוטנציאל של V1.
                                            אם מתח של V1 מקנה/יוצר מטען של 1 קולון.
המתח(U) קבוע-כדי לשמור על פוטנציאל קבוע כשהמטען גדל הקיבול צריך להיות גדול יותר.
הקיבול(C)קבוע- כשהמתח גדל המטען גדל.
מטען(Q) קבוע- כשהקיבול גדל המתח קטן כי צפיפות המטען קטנה מה שמקטין את עוצמת השדה ליחידת שטח.


טעינת קבל לוחות-בטעינת קבל  מטען עובר מהטבלה עם הפוטנציאל הנמוך לטבלה עם הפוטנציאל הגבוה (ע"י השקעת עבודה- אנרגיה).
הנתונים בכל הדוגמאות בסעיפים
בתהליך הטעינה שיננו את המטען בתהליך רציף (מ0- עד Q) שיצר הפרש לפוטנציאלים (מ0- עד (Q/C.
בצד החיובי של מקור המתח מצטברים מטענים חיוביים ובצד השלילי מטענים שלילים עד שהמתח על הלוחות שווה למתח המקור(שיווי משקל)- אז כבר לא יהיה הפרש פוטנציאלים והמטענים לא יזוזו יותר.


פריקת קבל לוחות-כשהקבל לא מחובר למקור המטענים עוברים מפוטנציאל גבוה בקבל לפוטנציאל נמוך בנגדים, ככל שהקבל נפרק 1)המתח בין לוחותיו קטן 2)המטענים המצטברים על הנגדים מתנגדים לתנועת מטענים נוספים ולכן הזרם קטן.
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.
*המטען הכללי של הקבל הוא 0 כשמדברים על "מטען קבל" מדברים על המטען שעל אחד המוליכים בלי סימן.  


שינוי קיבול קבל לוחות: ע"י א)הכנסת חומר דיאלקטרי(מגדיל) ב)ע"י שינוי מרחק הלוחות(מקטין).
   
   
חיבור קבלים במקביל- המתח שווה על כל קבל, המטען ביחס לקיבול שלו.
מטען הקבל השקול במקביל הוא סכום המטענים שעל הקבלים(מקבלים קבל גדול פיזית שהמתח עליו כמו של כל קבל וקבל).Ct=C1+C2+…
*ניתן לנצל את העובדה שיחס המטענים שווה ליחס הקיבולים כדי לחשב את המטען/קיבול בלי לחשב את המתח. V1=V2 ;Q1/C1=Q2/C2Q1/Q2=C1/C2.
*הקיבול של מערכת מוליכים שמחוברים בחוט היא  כחיבור במקביל.Ct=c1+c2+…
                ;              C1V1+C2V2=C1V+C2V (C2V2)/(C1+C2+V=(C1V1


חיבור קבלים בטור- המטענים בכל צד של הקבל ינועו עד שעל 2 צדדיו הפנימיים והחיצוניים יהיה אותו מטען בכל אחד מהקבלים ואז מטענים נוספים לא ירגישו כוח ולא תהיה תנועה.
לחישוב ההתנגדות הכוללת במעגל
המתחים יהיו שונים בטור, על n  קבלים השונים יהיה אותו מטען Q.  Q1=Q2=C1V1=C2V2
 
מטען הקבל השקול יהיה כמטען כל אחד מהקבלים! המתח יהיה סכום המתחים על הקבלים.Ut=U1+U2+...
מחברים את התנגדויות כל אחד מהמוליכים.
*ניתן לנצל את העובדה שיחס המתחים הפוך ליחס הקיבולים כדי לחשב את המתח/קיבול של כל אחד מהקבלים בלי לחשב את מטענו. Q1=Q2 ; C1V1=C2V2C1/C2=V2/V1.
*השקול הוא סכום של מה שלא שווה בצורה שלנו (בטור/במקביל).


*לזכור: בטור-המתחים לא שווים והשקול הוא סכום המתחים. במקביל-המטענים לא שווים והשקול הוא סכום המטענים.
דוגמא:


האנרגיה של קבל- שווה לעבודה הדרושה כדי לטעון אותו.
RT=7+8=15 אום
ע"י  V ממוצע QC/2 והכפלתו במטען מקבלים את העבודה (שינוי האנרגיה) שעשינו.
                                                    .(V=Q/C)    ;    Ep+=W=VQ=1/2(Q/C)Q=1/2CV2=1/2QV
*האנרגיה הסופית קטנה מהאנרגיה ההתחלתית כי חלקו הפך בטעינה לחום.


קבלים עם חומר דיאלקטרי- הקיבול גדל בהכנסת כל חומר בין הלוחות.
הקיבול קטן כשהמרחק בין הלוחות גדל וכששטח הקבל גדל.
המקדם הדיאלקטרי הוא היחס שבין הקיבול בריק(0C) לבין הקיבול עם חומר דיאלקטרי(C). c/c0=r  .
*השדה נקבע ע"י 2 שדות הפוכים (השדה שיוצרים מטעני הלוחות E והשדה שיוצרים המטענים המושרים על דפנות התווך i  .(E
*המתח קטן כי התווך יוצר שדה פנימי הפוך לשדה הקיים בין הלוחות.
*כשיש חומרי תווך שונים בתוך אותו קבל מפרקים אותו לקבלי משנה המחוברים בטור או במקביל לפי המבנה הפנימי.


שינויים במערכת קבלים-א)עדיין מחובר למקור-מתח V יישאר קבוע (כי המתח נכפה ע"י המקור מבחוץ),
לחישוב הזרם הכולל במעגל
שינוי בקיבול ישנה את המטען כי המקור מזרים מטענים ושומר על מתח קבוע.
 
ב)השינוי אחרי הניתוק- המטען נשאר קבוע, שינוי בקיבול יגרום לשינוי במתח ע"י חלוקה מחדש של המטענים(בלי לשנות את סכומם).
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
 


אמפרמטר- מחברים אותו בטור לנגד שאת הזרם בו רוצים למדוד(כי הזרם בטור שווה)
לחישוב ההספק הכולל במעגל החשמלי
אידאלי: כשהתנגדות האמפרמטר קטנה(כדי לא להקטין את הזרם יותר מדי).
הגדלת תחום המדידה- יש זרם מקסימלי שיכול לזרום דרך האמפרמטר, שאר הזרם צריך לזרום דרך נגד במקביל (מיצד Rs).    ] I=Ia[1+Ra/Rs    2)Ia*Ra=Is*Rs)    (1)I=Ia+Is
הזרם המקסימלי שאפשר למדוד (MAX)I הוא כשבאמפרטר IaMAX .
Ia *  לא מעניין אותנו אלא I (ע"י Ia האמפרמטר מראה את I ).


וולטמטר-מחברים במקביל לנגד שאת המתח בו רוצים למדוד (כי המתח במקביל שווה).
יש לחשב שתי נוסחאות. אם לא יוצאת אותה התוצאה בשתי הנוסחאות, יש טעות באחד החישובים.
אידיאלי-כשההתנגדות ענקית כי אז לא יעבור דרכו זרם אלא רק דרך הנגד שרוצים למדוד בו את המתח.)וכך מוצאים את ה-I האמיתי הכי קרוב למציאות).
הגדלת תחום המדידה- יש Iu(MAX)  שיכול לעבור ישר דרך הוולטמטר. ולכן נגדיל את התנגדותו ע"י נגד בטור אליו(ההתנגדות גדלה והזרם קטן אך המתח נשאר קבוע).
תחום המדידה גדל מ- IuMAX*Ru  U=    ל:U(MAX)=IuMAX*(Ru+Rs) .
*Iu  לא מעניין אותנו אלא U  (ע"י Iu הוולטמטר מראה את U).


הנוסחאות הן:


גלוונומטר- מכשיר שיכול לשמש כוולטמטר או אמפרמטר והתנגדותו לא זניחה (Rg).
PT=IT*V (הזרם הכולל כפול המתח [הכולל])
את התנגדותו משנים ע"י נגד: קטן שמחברים לו במקביל-מקטין התנגדות אמפרמטר.
                                        גדול שמחברים לו בטור-מגדיל התנגדותוולטמטר.
המיצד Rs  הוא כבר חלק פנימי של הגלוונומטר!
הנוסחאות לא משתנות, רק צריך לשים לב הגלוונומטר עם מיצד הוא אמפרמטר או ווטמטר.


גשר ווינסטון-שיטה למדידת התנגדות לא ידועה ע"י התנגדויות ידועות.
PT=PR1+PR2 (חיבור כל ההספקים של כל הצרכנים)
1)כשכל זוג של נגדים בטור זהה- המתח הכללי מתחלק ל2- חלקים שווים. ולכן הפוטנציאל בין 2 זוגות הנגדים שווה, בחוט שמחבר את האמצע בין כל 2 זוגות נגדים-אין הפרש פוטנציאל ולכן הזרם דרך נגד שנחבר בחוט זה הוא 0.
2)גם כשהנגדים שונים- היחס בין 2 העליונים שווה ל2- התחתונים. המתח הכללי יתחלק באותו יחס בחלק העליון ובחלק התחתון והפוטנציאל עדיין יהיה שווה ב2- הנק' ולכן הזרם יהיה 0.
הפוך: אם זרם בנגד אמצעי 0 יש יחס שווה בין הנגדים. R1/R2=R3/R4
*מונע את הבעיה של וולטמטר ואמפרמטר יחד כי הזרם 0 כך שהוא לא משפיע על המדידה!

גרסה מ־15:59, 3 בספטמבר 2005

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)

אוחזר מתוך "https://www.sikumuna.co.il/index.php?title=מושגים_בחשמל&oldid=7580"