החוברת · דף לימוד
זרם, מתח והתנגדות
מדעים · כיתה ח׳ · פרק 4: חשמל ומגנטיות
זרם, מתח והתנגדות - שלושת המושגים הכי חשובים בחשמל! בואו נבין מה כל אחד מהם אומר לנו.
שלושה גדלים, סיפור אחד
כדי להבין מעגל חשמלי, צריך להכיר שלושה גדלים פיזיקליים שקובעים מה יקרה במעגל:
- זרם חשמלי (I): כמות המטען שעוברת בנקודה מסוימת בזמן נתון
- מתח חשמלי (V): ה"דחיפה" שגורמת למטען לזרום במעגל
- התנגדות (R): ה"התנגדות" של החומר לזרימת הזרם
גודל 1: זרם חשמלי (Current)
מהו זרם חשמלי?
זרם חשמלי הוא זרימה מכוונת של מטען חשמלי חופשי, בדרך כלל אלקטרונים, דרך מוליך סגור.
ככל שיותר אלקטרונים עוברים בשנייה, כך הזרם חזק יותר (יותר אמפרים).
עוצמות זרם במציאות
שלט רחוק
0.01-0.05 אמפר
מכשיר קטן, צריך מעט אנרגיה.
פנס LED
0.5-1 אמפר
נורת LED חסכונית, זרם נמוך.
סמארטפון בטעינה
1-2 אמפר
מטען מהיר: עד 3 אמפר!
מחשב נייד
2-4 אמפר (בצד המתאם)
המתאם ממיר ל-19V, ולכן הזרם גבוה יותר.
מנורת שולחן
0.5-1 אמפר
נורת חיסכון: עד 0.2 אמפר.
מכונת כביסה
10-15 אמפר
מנוע חזק, צורכת הרבה זרם.
גודל 2: מתח חשמלי (Voltage)
מהו מתח חשמלי?
מתח חשמלי הוא הפרש הפוטנציאלים או הכוח המניע שגורם למטענים חשמליים לנוע במעגל סגור.
ככל שהמתח גבוה יותר, כך ה"דחיפה" לאלקטרונים חזקה יותר.
מתחים במציאות
סוללת שעון
1.5 וולט
סוללה זעירה, מתח נמוך.
סוללת AA/AAA
1.5 וולט
הסוללות הנפוצות בפנס ובצעצועים.
סוללת 9V
9 וולט
לגלאי עשן ולפדלי גיטרה.
מטען USB
5 וולט
מטען סטנדרטי לסמארטפון.
סוללת רכב
12 וולט
מניעה מנוע ומערכות הרכב.
שקע חשמל בבית
220-240 וולט
מתח גבוה - מסוכן לנגיעה!
גודל 3: התנגדות חשמלית (Resistance)
מהי התנגדות חשמלית?
התנגדות חשמלית היא תכונה פיזיקלית המבטאת את מידת ההפרעה שחומר מציב בפני מעבר של זרם חשמלי דרכו.
ככל שההתנגדות גבוהה יותר, כך קשה יותר לזרם לזרום.
התנגדות נמוכה מול גבוהה
התנגדות נמוכה
החומר מאפשר לזרם לזרום בקלות.
דוגמאות:
• נחושת: 0.000000017 אוהם למטר
• אלומיניום: 0.000000028 אוהם למטר
• זהב: 0.000000024 אוהם למטר
חומרים אלה נקראים מוליכים.
התנגדות גבוהה
החומר מקשה מאוד על זרימת הזרם.
דוגמאות:
• גומי: מיליארדי אוהם
• פלסטיק: מיליארדי אוהם
• זכוכית: מיליארדי אוהם
חומרים אלה נקראים מבודדים.
נגד הוא רכיב שנועד במיוחד להוסיף התנגדות למעגל.
מדידת זרם, מתח והתנגדות
מכשירי המדידה
אמפרמטר (Ammeter)
מודד זרם חשמלי ביחידות אמפר.
איך מחברים אותו?
• בטור עם הרכיב
• הזרם צריך לעבור דרך האמפרמטר
סימון: A
וולטמטר (Voltmeter)
מודד מתח חשמלי ביחידות וולט.
איך מחברים אותו?
• במקביל לרכיב
• מודד את ההפרש במתח לפני ואחרי הרכיב
סימון: V
אוהממטר (Ohmmeter)
מודד התנגדות ביחידות אוהם.
איך מחברים אותו?
• מחברים לרכיב כשאין זרם
• המכשיר מעביר זרם קטן ומודד
סימון: Ω
מולטימטר (Multimeter)
מכשיר רב-תכליתי שמשלב את שלושת המדידים!
• מודד זרם, מתח, התנגדות
• המכשיר הכי נפוץ במעבדות
• יש בו בורר לבחירת סוג המדידה
סיכום שלושת הגדלים
| גודל | משמעות | יחידה | סימן | סימול |
|---|---|---|---|---|
| זרם חשמלי | כמות מטען בזמן נתון | אמפר | A | I |
| מתח חשמלי | "לחץ" חשמלי, דחיפה | וולט | V | V |
| התנגדות | התנגדות לזרימה | אוהם | Ω | R |
שלושת הגדלים האלה קשורים זה לזה בחוק אוהם (V=IR) שנלמד בשיעור הבא!
למה חוטי חשמל עשויים מנחושת ולא מברזל, למרות שברזל עשוי להיות זול יותר?
זרם (I)
אמפר (A)
מתח (V)
וולט (V)
התנגדות (R)
אוהם (Ω)
איך הדמיון למים בצינור עוזר להבין את שלושת הגדלים החשמליים?