המעגל החשמלי — מסלול לזרם
איך הנורה נדלקת כשלוחצים על המתג? בואו נגלה מהו מעגל חשמלי ואיך הוא עובד!
מהו מעגל חשמלי?
מעגל = מסלול סגור
רכיבי המעגל החשמלי
רכיבים בסיסיים במעגל
סוללה (מקור מתח)
מספקת אנרגיה לזרם החשמלי.
יש לה שני קטבים:
• קוטב חיובי (+)
• קוטב שלילי (−)
הסוללה "דוחפת" אלקטרונים במעגל.
חוטים מוליכים
מעבירים את הזרם בין רכיבי המעגל.
עשויים מתכת (בדרך כלל נחושת) עם בידוד פלסטיק.
החוטים יוצרים את המסלול לזרם.
נורת להט / LED
הופכת אנרגיה חשמלית לאור.
כשזרם עובר דרך הנורה, היא נדלקת.
זה הרכיב ש"משתמש" באנרגיה שהסוללה נותנת.
מתג (מפסק)
פותח או סוגר את המעגל.
• מתג סגור → זרם זורם
• מתג פתוח → זרם לא זורם
המתג שולט בזרימת הזרם.
מעגל סגור מול מעגל פתוח
מעגל סגור
קיים מסלול רצף מהקוטב החיובי של הסוללה, דרך הרכיבים, בחזרה לקוטב השלילי.
דוגמה: • המתג {b}סגור{/b} • אין {b}ניתוק{/b} בחוטים • הזרם {b}זורם{/b} • הנורה {b}דולקת{/b} ✓
מעגל פתוח
יש ניתוק במסלול, והזרם לא יכול לזרום.
דוגמה: • המתג {b}פתוח{/b} • חוט {b}מנותק{/b} • הזרם {b}לא זורם{/b} • הנורה {b}כבויה{/b} ✗
כדי שנורה תידלק, חובה שהמעגל יהיה סגור!
כיוון זרימת הזרם החשמלי
בכל מעגל, הזרם זורם בכיוון מסוים.
הכיוון המקובל (זרם קונבנציונלי):
• הזרם זורם מהקוטב החיובי (+) של הסוללה
• עובר דרך המעגל
• חוזר לקוטב השלילי (−)
למה בוחרים בכיוון הזה?
זהו כיוון היסטורי שנקבע לפני שידעו על אלקטרונים.
מה קורה באמת?
האלקטרונים (שהם בעלי מטען שלילי) זורמים בכיוון הפוך — מהקוטב השלילי לחיובי.
אבל בתרשימים ובחישובים, תמיד מסמנים את הזרם מ-+ ל-−.
זכרו: בסכמות חשמליות, החץ של הזרם תמיד מצביע מהקוטב החיובי (+) לשלילי (−).
סימונים וסכמות חשמליות
במקום לצייר תמונות של הרכיבים, משתמשים בסימנים מוסכמים שנקראים סכמה חשמלית.
סימנים חשמליים מקובלים
| רכיב | סימן בסכמה | הסבר |
|---|---|---|
| סוללה | קו ארוך (+) וקו קצר (−) | הקו הארוך הוא הקוטב החיובי |
| חוט מוליך | קו ישר | מייצג את המסלול |
| נורה / נגד | עיגול עם X או זיגזג | רכיב שמשתמש באנרגיה |
| מתג פתוח | קו שבור | המעגל לא סגור |
| מתג סגור | קו רצוף | המעגל סגור |
| אמפרמטר | עיגול עם A | מודד את עוצמת הזרם |
| וולטמטר | עיגול עם V | מודד את המתח |
* בסכמה, כל הרכיבים מחוברים בקווים ישרים, גם אם במציאות החוטים מפותלים.
כיצד לקרוא סכמה חשמלית
בעת קריאת סכמה חשמלית:
- 1. מצאו את הסוללה — היא מקור האנרגיה
- 2. עקבו אחרי המסלול מהקוטב החיובי (+)
- 3. זהו את הרכיבים במעגל (נורה, מתג, וכו')
- 4. בדקו שהמסלול חוזר לקוטב השלילי (−)
- 5. סמנו את כיוון הזרם בחץ מ-+ ל-−
למה צריך סכמות?
סכמה חשמלית היא כמו מפה של המעגל:
- קלה להבנה — לא משנה איך המעגל נראה במציאות
- אחידה — כל חשמלאי בעולם יבין אותה
- מראה את החיבורים בצורה ברורה
- קלה לתיכנון — אפשר לתכנן מעגל לפני הבנייה
בונה מעגלים חשמליים
בחר רכיב
טיפים:
מעגל חייב להכיל סוללה ולהיות סגור כדי שזרם יזרום
מפסק סגור מאפשר זרימה, מפסק פתוח מנתק
שאלה לחשיבה
במעגל עם סוללה, מתג ושתי נורות (האחת אחרי השנייה), מה יקרה אם נורה אחת תישרף?
שתי הנורות יכבו!
הסבר:
כשהנורות מחוברות בטור (האחת אחרי השנייה), הזרם צריך לעבור דרך שתיהן.
כשנורה נשרפת:
• היא הופכת לניתוק במעגל
• המעגל נהיה פתוח
• הזרם לא יכול לזרום
• גם הנורה השנייה כבויה
זו הבעיה בחיבור טור!
אם רכיב אחד מתקלקל, כל המעגל מפסיק לעבוד.
בשיעורים הבאים נלמד על חיבור מקביל שפוטר את הבעיה הזו!
בגלל זה שרשראות נורות ישנות (חיבור טור) היו כבות לגמרי כשנורה אחת נשרפה.
מעגלים במציאות
פנס יד
• סוללות (2-4 סוללות)
• מתג (כפתור או מחוון)
• נורה (LED או נורת להט)
• חוטים בתוך המבנה
כל זה יוצר מעגל סגור כשלוחצים על הכפתור!
חדר בבית
• מקור מתח (חברת החשמל)
• מתג אור
• נורה
• חוטים בקירות
כשמדליקים את המתג → המעגל נסגר והנורה דולקת!
צעצוע על סוללות
• סוללות
• מנוע חשמלי
• מתג (לפעמים אוטומטי)
• חוטים
המעגל גורם למנוע להסתובב ולהניע את הצעצוע.
פעמון דלת
• מקור מתח
• כפתור (מתג לחיצה)
• פעמון (רמקול)
• חוטים
לחיצה על הכפתור סוגרת את המעגל → הפעמון מצלצל!
מעגל = מסלול סגור
זרם זורם רק כשיש מסלול רצוף מהסוללה וחזרה אליה.
רכיבי מעגל
סוללה, חוטים, נורה, מתג. כל רכיב עם תפקיד במעגל.
סכמה חשמלית
ציור מוסכם של המעגל עם סימנים לכל רכיב.
מעבר לרכיבים הבסיסיים, במעגלים מורכבים יותר יש רכיבים נוספים:
רכיבים מתקדמים
נגד (Resistor)
מפחית את עוצמת הזרם במעגל.
סימון: זיגזג או מלבן.
שימוש: הגנה על רכיבים רגישים, שליטה בעוצמת האור.
קבל (Capacitor)
אוגר מטען חשמלי לזמן קצר.
סימון: שני קווים מקבילים.
שימוש: החלקת זרם, פילטור, תזמון.
דיודה (Diode)
מאפשרת זרימת זרם רק בכיוון אחד.
סימון: משולש עם קו.
שימוש: הגנה מפני חיבור הפוך.
LED
דיודה פולטת אור — נורה חסכונית.
סימון: משולש עם חיצים.
שימוש: תאורה, תצוגות, אינדיקטורים.
למה צריך נגדים?
דמיינו שאתם רוצים להדליק LED מסוללת 9V. אם תחברו ישירות, ה-LED ישרף!
הפתרון: להוסיף נגד שמפחית את הזרם לרמה בטוחה ל-LED.
זו הסיבה שבכל מעגל אלקטרוני תראו הרבה נגדים — הם "שומרים" על הרכיבים!