חיבור בטור
מעגל עם מסלול אחד בלבד - כל הרכיבים זה אחרי זה
מהו חיבור בטור?
שלושת הכללים של מעגל טורי
כלל 1: זרם זהה
הזרם זהה בכל נקודה במעגל.
I(total) = I1 = I2 = I3
למה? כי יש רק מסלול אחד. כמו מים בצינור אחד - אותה כמות עוברת בכל נקודה.
כלל 2: מתח מתחלק
המתח של המקור מתחלק בין הנגדים.
V(total) = V1 + V2 + V3
כל נגד 'לוקח' חלק מהמתח. נגד גדול יותר לוקח חלק גדול יותר.
כלל 3: התנגדות מצטברת
ההתנגדות הכוללת = סכום ההתנגדויות.
R(total) = R1 + R2 + R3
כל נגד שמוסיפים מגדיל את ההתנגדות הכוללת.
חלוקת המתח - הנגד הגדול לוקח יותר
כלל חשוב: במעגל טורי, המתח מתחלק בין הנגדים ביחס להתנגדותם. נגד בעל התנגדות גדולה יותר 'לוקח' חלק גדול יותר מהמתח. אפשר לחשב את המתח על כל נגד בעזרת חוק אוהם: V = I x R.
חלוקת מתח - נוסחה שימושית
המתח על נגד מסוים שווה לחלקו בהתנגדות הכוללת, כפול המתח הכולל:
V1 = V(total) x R1 / R(total)
לדוגמה: V(total)=12V, R1=4 ohm, R2=8 ohm.
R(total) = 12 ohm.
V1 = 12 x 4/12 = 4V
V2 = 12 x 8/12 = 8V
הנגד הגדול (8 ohm) 'לוקח' יותר מתח (8V).
דוגמאות חישוב מפורטות
פתרון בעיות שלב-אחר-שלב
בעיה 1: שני נגדים בטור
נתון: V=12V, R1=4 ohm, R2=8 ohm
שלב 1 - התנגדות שקולה: R(total) = 4+8 = 12 ohm
שלב 2 - זרם: I = V/R = 12/12 = 1A (זהה בכל המעגל)
שלב 3 - מתח על R1: V1 = I x R1 = 1 x 4 = 4V
שלב 4 - מתח על R2: V2 = I x R2 = 1 x 8 = 8V
בדיקה: V1+V2 = 4+8 = 12V = V(total) ✓
בעיה 2: שלושה נגדים בטור
נתון: V=15V, R1=2 ohm, R2=3 ohm, R3=5 ohm
שלב 1: R(total) = 2+3+5 = 10 ohm
שלב 2: I = 15/10 = 1.5A
שלב 3: V1 = 1.5 x 2 = 3V, V2 = 1.5 x 3 = 4.5V, V3 = 1.5 x 5 = 7.5V
בדיקה: 3+4.5+7.5 = 15V ✓
בעיה 3: מציאת נגד חסר
נתון: V=18V, R1=6 ohm, I=2A. מהו R2?
שלב 1: R(total) = V/I = 18/2 = 9 ohm
שלב 2: R2 = R(total) - R1 = 9-6 = 3 ohm
בדיקה: V1 = 2 x 6 = 12V, V2 = 2 x 3 = 6V. סה"כ: 18V ✓
יתרונות וחסרונות של חיבור בטור
חיבור בטור - יתרונות וחסרונות
יתרונות
פשוט לבנייה - מסלול אחד בלבד. מתג אחד שולט על כל המעגל. אפשר לבנות מחלק מתח (נגדים בטור שמחלקים את המתח לערכים שונים).
דוגמה: שרשרת נורות ישנה, נוריות LED בסדרה, ממיר מתח
חסרונות
רכיב שמתקלקל - כל המעגל נפסק. הוספת רכיבים מגדילה את ההתנגדות - הזרם קטן וכל הנורות חלשות יותר. לא ניתן להפעיל כל רכיב בנפרד.
דוגמה: נורה אחת שרופה בשרשרת - כולן כבות
לכן מכשירי חשמל בבית לא מחוברים בטור - נעדיף חיבור במקביל
דוגמאות מהחיים
איפה פוגשים חיבור בטור?
שרשרת נורות ישנה
שרשרות נורות ישנות לעץ חג המולד היו בטור. נורה אחת שורפת - כולן כבות. היום עברו למקביל.
סוללות בשלט
שתי סוללות AA בשלט רחוק מחוברות בטור: 1.5V + 1.5V = 3V. כך מקבלים מתח גבוה יותר.
מתג בחדר
המתג בחדר מחובר בטור עם הנורה. כשפותחים את המתג - המעגל נשבר והנורה כבה.
שאלה לחשיבה
שלוש נורות זהות (כל אחת R = 6 ohm) מחוברות בטור לסוללה 9V. מהו הזרם ומהו המתח על כל נורה?
R(total) = 6+6+6 = 18 ohm. הזרם: I = V/R = 9/18 = 0.5A (זהה בכולן). מתח על כל נורה: V = I x R = 0.5 x 6 = 3V. בדיקה: 3+3+3 = 9V. כל נורה מקבלת שליש מהמתח.
שאלה לחשיבה
במעגל טורי עם סוללה 12V ושני נגדים, המתח על R1 הוא 4V. מהו המתח על R2? אם R1=8 ohm, מהו R2?
V2 = V(total) - V1 = 12 - 4 = 8V. הזרם (זהה בכל המעגל): I = V1/R1 = 4/8 = 0.5A. ההתנגדות R2 = V2/I = 8/0.5 = 16 ohm. אפשר לבדוק: R(total) = 8+16 = 24 ohm, I = 12/24 = 0.5A.
שיטת עבודה לפתרון בעיות
ארבעה שלבים לפתרון כל בעיה במעגל טורי:
- חשבו R(total) = סכום כל ההתנגדויות
- מצאו I = V(total) / R(total) - הזרם זהה בכל המעגל
- מצאו V על כל נגד: V = I x R
- בדקו: סכום כל המתחים = מתח המקור
אחד השימושים החשובים של חיבור בטור הוא מחלק מתח. כשצריך מתח נמוך יותר ממה שהסוללה נותנת, אפשר להשתמש בשני נגדים בטור ו'לקחת' את המתח מאחד מהם.
לדוגמה: יש סוללה 9V וצריך 3V עבור LED. נשתמש בשני נגדים בטור ביחס 2:1. הנגד הגדול ייקח 6V, הקטן ייקח 3V - ושם נחבר את ה-LED. שימוש נפוץ באלקטרוניקה!