ניתוח המעגל החשמלי ופתרונו

סיכום

בחלק זה הכרנו למדנו על מכשירי המדידה החשמליים ועל שיטות שונות לניתוח המעגל החשמלי ופתרונו לכדי מציאת הזרמים החשמליים הזורמים בו, מפלי המתח הקיימים בו וצריכת ההספק החשמלי ואחוז ניצולו.

נסכם בנקודות את אשר למדנו בחלק זה:

• את המתח החשמלי במעגל נמדוד בעזרת מד-מתח הנקרא וולטמטר בלעז

• את הזרם החשמלי הזורם במעגל נמדוד בעזרת מד-זרם הנקרא אמפרמטר בלעז (או בעזרת גלוונומטר כשמדובר בזרמים חלשים)

• את ההתנגדות החשמלית של נגדים וצרכנים חשמליים נוכל למדוד בעזרת מד-התנגדות הנקרא אוממטר בלעז

• לכל מקור מתח חשמלי יש התנגדות חשמלית r עליה מתפתח "ונאבד" מתח חשמלי בתוך מקור המתח עצמו

• כל מקור מתח מייצר כוח אלקטרו-מניע, כא"מ, שהוא המתח החשמלי שהוא מספק בין הדקיו כשהוא אינו מחובר למעגל חשמלי. כלומר, זהו המתח החשמלי המיוצר ללא מפל המתח הפנימי (כי לא זורם זרם חשמלי) המתפתח על ההתנגדות החשמלית הפנימית r כשכן נצרך זרם חשמלי ממקור המתח.

• כשמקור המתח מועמס, כלומר מחובר למעגל חשמלי ונצרך ממנו זרם חשמלי, אז המתח המסופק בין שני הדקיו שווה לכא"מ בהפחתה של מפל המתח הפנימי שבתוך מקור המתח

V = ε – Ir

• בחיבור טורי של מספר מקורות מתח נקבל מקור מתח מאוחד שהכא"מ הכולל שלו שווה לסכום הכא"מים שלהם וההתנגדות החשמלית הפנימית הכוללת שלו שווה לסכום ההתנגדויות הפנימיות שלהם, כלומר, קיבלנו מקור מתח מאוחד בעל מתח חשמלי גבוה יותר

• בחיבור מקבילי של n מקורות מתח זהים במאפייניהם נקבל מקור מתח מאוחד בעל אותו כא"מ e ובעל התנגדות חשמלית פנימית מחולקת ב- n. הזרם החשמלי הנצרך על-ידי המעגל החשמלי מתחלק בין כל מקורות המתח, וכך נקבל במקרה של סוללות חשמליות אורך חיים ארוך יותר

• ההספק החשמלי הוא כמות האנרגיה החשמלית המושקעת או נצרכת ליחידת זמן

P = ΔE / Δt

• ההספק החשמלי הוא מכפלה של המתח החשמלי בזרם החשמלי

P = V I

• במעגלים בהם חוק אוהם מתקיים נוכל למצוא את ההספק החשמלי גם בעזרת הקשרים הבאים

P = I² R
P = V² / R

• הספק מרבי ניתן להפיק ממקור מתח כאשר התנגדות העומס הצרכני במעגל שווה להתנגדות הפנימית של מקור המתח במעגל

• נצילות צריכת ההספק החשמלי במעגל חשמלי מחושבת לפי

η = R / (R + r)

• נצילות הספק מרבית (עד 100% בקירוב) ניתן להשיג כאשר התנגדות העומס הצרכני במעגל גדולה מאוד יחסית להתנגדות הפנימית של מקור המתח במעגל

• החוק הראשון של קירכהוף (כלל הצומת): סכום הזרמים החשמליים הנכנסים לצומת שווה לסכום הזרמים החשמליים היוצאים מהצומת

• החוק השני של קירכהוף (כלל הלולאה): הסכום של כל מקורות המתח בתוך לולאה חשמלית סגורה שווה לסכום מפלי המתח באותה לולאה

• אופיין המתח בזמן המתפתח על קבל בזמן טעינתו ואופיין זרם הטעינה

V_c = ε (1-e^-t/RC)
I = ε e^-t/RC / R

• אופיין המתח בזמן המתפתח על קבל בזמן פריקתו ואופיין זרם הפריקה

V_c = ε e^-t/RC
I = (ε / R) e^-t/RC

• משך זמן הטעינה של הקבל ומשך זמן הפריקה שלו שווים ל- 5RC (השווה ל- 5τ)

בחלק הבא נלמד על נושא חדש הקשור לתופעת החשמל – תופעת המגנטיות.

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - חשמל | ניתוח המעגל החשמלי ופתרונו : מכשירי מדידה | מקור מתח חשמלי מעשי | חיבור מקורות מתח | הספק חשמלי | חוקי קירכהוף | שיטת זרמי החוגים | מקור זרם חשמלי | משפט תבנין | התמרת כוכב משולש | טעינה ופריקה של קבל | סיכום ]