קורס אלקטרוניקה

11: היחס בין מתח, זרם והתנגדות



הנורה החשמלית ואופן פעולתה

בדף מס' 7 סקרנו מעגל חשמלי בסיסי ובו סוללה חשמלית, שהיא מקור מתח חשמלי ונורת חשמל, שהיא הצרכן. כמו כן נמצאים במעגל מפסק הנועד למתג בין מעגל סגור שבו זורם זרם חשמלי לבין מעגל פתוח שבו לא זורם זרם חשמלי – וכן חוטי חשמל מוליכים.

קיימים מספר סוגים של נורה חשמלית (Electric bulb), הנקראת לפעמים נורת תאורה (Light bulb). בהסבר זה נתייחס לסוג הנורה שהיה הנפוץ ביותר במחצית מחצית הראשונה של המאה העשרים, סוג הנמצא בשימוש עד היום, אם כי כיום עוברים בהדרגה לנורות חסכוניות, שהן מסוג אחר. סוג זה נקרא נורת להט (Incandescent light bulb) או נורת ליבון.

נורת ליבון בנויה מאגס זכוכית אטום אשר רוקן מאוויר, כאשר האוויר הוחלף בגז אינרטי (גז שאינן מגיב בתגובה כימית למתכת של חוט הלהט), בדרך כלל ארגון או חנקן. בתוך הנורה יש חוט להט (Filament) דקיק ומסולסל, העשוי בדרך כלל מטונגסטן. בתחתית הנורה יש תושבת ובה מגעים חשמליים המחוברים אל שני קצות חוט הלהט. חוט הלהט מסולסל על מנת להאריך אותו, מבלי שיהיה צורך להגדיל את קוטר אגס הזכוכית. מאחר וחוט הלהט הוא דקיק וכן הוא ארוך, יחסית, יש לו התנגדות חשמלית גבוהה, יחסית.
האיור הבא מתאר את המבנה של נורת להט:

כאשר מגיע לנורה מתח חשמלי , זורם זרם חשמלי דרך חוט הלהט. בעקבות הזרם החשמלי ובשל ההתנגדות של חוט הלהט, חוט הלהט מתחמם לטמפרטורה של למעלה מ- 1,000 מעלות צלזיוס ועקב הטמפרטורה הגבוהה שלו הוא מפיץ אור בהיר. בנורה החשמלית, האנרגיה החשמלית המסופקת לנורה מומרת, או עוברת התמרה, לאנרגיה של חום ואור.

טרם הספקת מתח לנורה, כאשר חוט הלהט הוא קר, ההתנגדות שלו נמוכה יותר מאשר במצב העבודה, כאשר הוא חם.

הרחבות נוספות לגבי הנורה החשמלית ניתן לראות בקישורים הבאים:
נורה חשמלית – ויקיפידיה
נורה חשמלית – ויקיפידיה באנגלית


במעגל החשמלי הבסיסי בדף 7 ראינו שתי גרסאות של המעגל, או שני מעגלים. במעגל האחד יש סוללה חשמלית בת תא יחיד במתח של 1.5 וולט, בעוד במעגל השני יש סוללה מרובת תאים במתח של 9 וולט.
נביא שוב את שני המעגלים האלה:
                 

במעגל הימני נמצאת נורה המתאימה למתח של 1.5 וולט, בעוד במעגל השמאלי נמצאת נורה המתאימה למתח של 9 וולט. אם נרצה לבדוק ולמדוד את היחס בין המתח לזרם, למשל, אם נרצה לבדוק כיצד יתנהג המעגל החשמלי הימני כאשר נחליף את הסוללה של 1.5 וולט בסוללה של 9 וולט – הנורה תישרף, קרוב לוודאי, משום שהיא תקבל מתח הרבה יותר גבוה מהמתח אשר אליו היא נועדה.

כדי לבצע במעגל זה בדיקות עם סוללות במתחים שונים, הדרך המעשית ביותר היא להחליף את הנורה בנגד, במקום הנורה לחבר נגד. נגד הוא רכיב אלקטרוני בעל התנגדות נקובה מסוימת. לנורה המיועדת לעבוד במתח של 1.5 וולט, בהספק של 1 וואט, במצב עבודה יש התנגדות בעלת ערך של בסביבות 2.2 אוהם (אום).

האיור הבא הוא שרטוט של המעגל החשמלי, כאשר בו במקום נורה יש נגד:

מצד שמאל בשרטוט החשמלי מופיע הסמל של סוללה, למעלה מופיע הסמל של מפסק במצב סגור ולמטה מופיע הסמל של נגד. הערך של הנגד הוא 2.2 אוהם ובשרטוט מופיע הערך שלו כפי שהוא מקובל בשרטוטים חשמליים ואלקטרוניים: 2R2 . הקווים הירוקים מסמלים חוטי חשמל מוליכים, המחברים בין רכיבי המעגל השונים.

אפשר למדוד את מידת הזרם הזורם במעגל, באמצעות רב-מודד, כמו זה:

הזרם החשמלי נמדד ביחידות הנקראות אמפר (Ampere), על שם הפיזיקאי הצרפתי אנדרה-מרי אמפר (Andre-Marie Ampere), שחי בין השנים 1836 - 1775 והיה מחשובי החוקרים הראשונים בחשמל ומגנטיות.

כאשר נמדוד את הזרם במעגל שבו סוללה של 1.5 וולט ונגד של 2.2 אוהם, הזרם יהיה בסביבות 0.68 אמפר, או 680 מיליאמפר. מיליאמפר זה אלפית האמפר – אלף מיליאמפר הם אמפר אחד. אם נחליף את הסוללה בסוללה אחרת שהמתח שלה הוא 9 וולט, הזרם במעגל יהיה גבוה יותר, הזרם יהיה בסביבות 4.09 אמפר. משמעות הדבר היא שבמעגל בו יש הנגדות נתונה, יש יחס ישר בין המתח והזרם במעגל – ככל שהמתח גדול יותר, כך גם הזרם גדול יותר.

אם נשאיר את הסוללה של 9 וולט במעגל ונחליף את הנגד של 2.2 אוהם בנגד של 12 אוהם, למשל, הזרם יהיה 0.75 אמפר, או 750 מיליאמפר. אם נחליף את הנגד לנגד של 240 אוהם, הזרם יהיה בסביבות 0.038 אמפר, או 38 מיליאמפר. משמעות הדבר היא שבמעגל בו יש מתח נתון, יש יחס הפוך בין ההתנגדות לזרם – ככל שההתנגדות גבוהה יותר, כך הזרם נמוך יותר.

את הקשר המספרי המדויק בין מתח, זרם והתנגדות נראה בדף הבא, בו נעסוק בחוק אוהם (חוק אום).

בינתיים, על מנת לנסות להמחיש על ידי משל חזותי את הקשר בין מתח, זרם והתנגדות, נחזור לדף מס' 8 , למשל מיכל המים, שבינתיים הוא הורחב כדי להביא את ההמחשות המתייחסות לקשר בו דנו כאן:   המשך משל מיכל המים








לדף קודם       לתוכן העניינים         לדף הבא





שאלות, הערות והצעות יתקבלו בברכה: דואר אלקטרוני E-mail



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