קורס אלקטרוניקה

8: משל מיכל המים


 

קיים משל נפוץ הנועד להסביר את אופן פעולת המעגל החשמלי הבסיסי שהובא בדף הקודםזהו משל מיכל המים.

לפני זמן מה ביקרתי אצל חברים בדואים הגרים בישוב לא מוכר בנגב.
מאחר וזה ישוב לא מוכר, חברת מקורות מנועה מלספק ליישוב מים זורמים בצינורות, כשם שחברת החשמל מנועה מלספק להם חשמל וחברת בזק מנועה מלספק להם קווי טלפון.

אותם חברים גרים בבית לבנים בן שתי קומות. על גג הבית מונח מיכל מים גדול, אשר לתחתיתו מחובר צינור המשתלשל ויורד אל חזית הבית. בקצה הצינור יש ברז. עם פתיחת הברז (כל עוד יש מים במיכל), זורמים מים, מהמיכל, דרך הצינור והברז. עם סגירת הברז המים מפסיקים לזרום.

המים זורמים מהמיכל למטה בשל כוח הכבידההכוח הגורם לכל הגופים שברבת כדור הארץ להימשך אל הארץ, או אל האדמה.

מקרה המים הזורמים מטה בצינור יכול להבהיר, על דרך המשל, את המעגל החשמלי הפשוט אותו סקרנו בדף הקודם.

העובדה שמיכל המים נמצא גבוה מהאדמה עליה ניצב אותו בית מקנה למים שבמיכל, יכולת, או אפשרות, או פוטנציאל, לזרום כלפי מטה, ללא הפעלת שום כוח חיצוני (נוסף על העובדה שהמים נמצאים גבוה מפני הקרקע).
ניתן לדמות פוטנציאל זה של המים לפוטנציאל החשמלי הגלום בסוללה החשמלית.

את הברז שבקצה הצינור ניתן לדמות, על דרך המשל, למפסק שבמעגל החשמלי. כאשר הברז שבקצה הצינור סגור, המים לא יוכלו לזרום, משום שהברז חוסם את דרכם. בדומה, כאשר המפסק שבמעגל החשמלי פתוח, הוא לא מאפשר לזרם החשמלי לזרום במעגל החשמלי. מפסק חשמלי סגור מאפשר את

זרימת הזרם החשמלי, כשם שברז פתוח מאפשר את זרימת המים.

את צינור המים ניתן לדמות, על דרך המשל, לחוטים במעגל החשמלי, המוליכים את הזרם החשמלי.


המשך משל מיכל המים

במשך מספר שנים, על גג הבית היה מיכל מים שהונח ישירות על הגג. יום אחד החליטו חבריי הבדואים להחליף את המיכל הקיים במיכל דומה, אבל על הגבהה של מעין מגדל מעץ, בגובה של 5 מטר מעל לגג. את הצינור, עם הברז שבקצהו, הם העבירו למיכל החדש, המוגבה. מה שקרה מיד לאחר העברת הצינור למיכל החדש, שהיה מלאהברז שבקצה התחתון של הצינור החל לדלוף. הברז דלף משום שלפתע לחץ המים עליו עלה. לחץ המים מושפע מגובה המים במיכל לעומת גובה הברז שבקצה התחתון של הצינורככל שמיכל המים גבוה יותר, כך גדול יותר לחץ המים. כמובן שהם החליפו את הברז הדולף בברז חדש.

הצינור הישן היה בקוטר של רבע צול. הם החליטו להוסיף צינור נוסף, המשתלשל אל צדו האחר של הבית. הצינור החדש, הנוסף, היה בקוטר של חצי צולדהיינו, בקוטר גדול יותר פי שניים מאשר הצינור הקודם. שני הצינורות חוברו במקביל אל פתח היציאה התחתון של מיכל המים, כך שניתן היה להשתמש בכול אחד משני הצינורות לחוד ובשניהם גם יחד, בו זמנית, או במקביל.

אחד מבני המשפחה התחתן. הוזמנו עשרות קרואים לימי סעודות חגיגת החתונה. בחתונה היה צורך למלא קומקומים רבים על מנת להכין בהם תה וקפה לעשרות הקרואים. לשם כך, הם חיברו צינור נוסף, אף הוא בקוטר חצי צול, למיכל המים הישן שנשאר על הגג ומילאו גם את המיכל הישן במים. בני המשפחה שמו לב לכך שקומקום בגודל מסוים מתמלא מהר יותר מהצינור העבה יותר היוצא ממיכל המים החדש, המוגבה מעל לגג. אותו קומקום מתמלא לאט יותר מהצינור הדק יותר, המחובר לאותו מיכל. בצינור בקוטר חצי צול שחובר למיכל המים הישן, המונח ישירות על הגג, הקומקומים התמלאו לאט יותר מאשר הצינור בקוטר זהה היוצא מהמיכל החדש, המוגבה מהגג.

הקשר בין גובה המים לגודל לחץ המים בצינורוכן הקשר בין עובי הצינורות למהירות מילוי הקומקומים דרכם יכול להמחיש לנו את הקורה במעגל חשמלי.

כאמור למעלה, בשל העובדה שמיכל המים נמצא מעל לפני הקרקע, למים יש יכולת, או פוטנציאל, לזרום כלפי מטה. פוטנציאל הזרימה של המים, או לחץ המים בצינור, מותנה בגובה מיכל מים כלפי הברז בקצה התחתון של הצינור. ככל שמיכל המים גבוה יותר, כך יהיה קצב זרימת מים גדול יותר דרך צינורות בקוטר זהה.

ככל שקוטר הצינור גדול יותר, כך יהיה קצב זרימת המים דרכו גדול יותר. זה משום שצינור דק יותר מהווה התנגדות גדולה יותר לזרימת המים דרכו, לעומת צינור עבה יותר.

את המים במיכל ואת הלחץ שלהם ניתן לדמות לפוטנציאל, או למתח, של סוללה חשמלית. בדומה למים במיכל וקצב הזרימה שלהם, ככל שהפוטנציאל, או המתח, של הסוללה החשמלית גדול יותרכך יהיה גדול יותר הזרם החשמלי הזורם במעגל בעל התנגדות זהה. המתח, או הפוטנציאל, הוא המקור והגורם לזרם החשמלי. ככל שיש יותר פוטנציאל, ככל שהמתח גדול יותר, כך גם גדול יותר הזרם המעגל.

את עובי הצינורות ניתן לדמות לערך ההתנגדות של נגדים שונים במעגל חשמלי. צינור דק יותר מהווה התנגדות גדולה יותר לזרימת המים דרכוולכן זרם המים יהיה קטן יותר. בדומה, ככל שערך ההתנגדות באוהמים (אומים) של נגד חשמלי הוא גדול יותרכך הוא מהווה התנגדות גדולה יותר, או רבה יותר, לזרימת זרם חשמלי דרכו. כך, ככל שההתנגדות גדולה יותר, הזרם קטן יותר.

כאשר רוצים להגדיל את כמות הזרם החשמלי במעגל, יש להגדיל את המתח של מקור המתח, או להקטין את הערך של ההתנגדותאו לעשות את שניהם.

כאשר רוצים להקטין את כמות הזרם החשמלי במעגל, יש להקטין את המתח של מקור המתח, או להגדיל את הערך של ההתנגדותאו לעשות את שניהם.






לדף קודם

       

לתוכן העניינים

       

לדף הבא




 

שאלות, הערות והצעות יתקבלו בברכה דואר אלקטרוני E-mail


כל הזכויות שמורות.
Copyright © - 2010  ליהושע גומא,
עזריאל