הפרש פוטנציאל והספק
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| potential difference/pəˈtenʃl ˈdɪfrəns/ | הפרש פוטנציאלים |
| volt/vəʊlt/ | וולט |
| electromotive force/ɪˌlektrəʊˈməʊtɪv fɔːs/ | כוח חשמלי |
| electrical power/ɪˈlektrɪkl ˈpaʊə/ | הספק חשמלי |
| Ohm's law/əʊmz lɔː/ | חוק אוהם |
מה "מתח" באמת אומר
- אספקה של 240 V מסוכנת; תא סוללה של 1.5 V חסר סיכון.
- ההפרש הוא ה-אנרגיה שמטען כל קולון נושא.
- אנרגיה זו למטען היא ה-הפרש הפוטנציאלים.
הפרש פוטנציאלים
- הפ.פ. היא האנרגיה המועברת ליחידת מטען: $V = \dfrac{W}{Q}$.
- יחידה: הוולט, $1\ \text{V} = 1\ \dfrac{\text{J}}{\text{C}}$.
- ההגדרה לבחינה דורשת את שני החלקים: "ה-אנרגיה המועברת מחשמל לצורות אחרות ליחידת מטען העוברת דרך המרכיב".
הפרש פוטנציאל הוא האנרגיה המועברת לכל יחידת:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$V = \dfrac{W}{Q}$ — אנרגיה ליחידת מטען, בג'ולים לפול (וולטים).
וולט אחד שווה לג'ול אחד ל____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$1\ \text{V} = 1\ \dfrac{\text{J}}{\text{C}}$ — ג'ול אחד של אנרגיה המועבר לכל פול של מטען.
כוח חשמלי מניע מול הפ.פ.
- כח.ח.מ (כוח חשמלי מניע) = אנרגיה שמקור נותן לכל קולון ( מכימיות או צורות אחרות לחשמל).
- הפ.פ. = אנרגיה שקולון משחרר למרכיב (מחשמל לצורות אחרות). אותה יחידה, תפקידים הפוכים.
מתח הוא אנרגיה ליחידת מטען. מקור 240 וולט מספק לכל קולון 160 פעמים יותר אנרגיה מאשר תא 1.5 וולט — ולכן הוא מסוכן.
גם כוח חשמלי וגם הפרש פוטנציאל נמדדים בוולטים.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
כן — שניהם הם אנרגיה ליחידת מטען (J/C). ההבדל הוא אם האנרגיה מוענקת למטען או נלקחת ממנו.
דוגמה מודגמת: מטען, אנרגיה, הספק
סוללה מזרמת $0.50\ \text{A}$ דרך מנורה במשך $4.0$ דקות. המתח על פני המנורה הוא $6.0\ \text{V}$.
- מטען: $Q = It = 0.50 \times 240 = 120\ \text{C}$ (דקות → שניות).
- אנרגיה שהועברה במנורה: $W = VQ = 6.0 \times 120 = 720\ \text{J}$.
- הספק: $P = \dfrac{W}{t} = \dfrac{720}{240} = 3.0\ \text{W}$ — אותו ערך כמו $VI = 6.0 \times 0.50$.
- בדיקה: כל קולון מעביר $6\ \text{J}$, ועברו $120$ קולונים, ולכן $720\ \text{J}$; שתי הדרכים לחישוב ההספק חייבות להסתדר.
הפרש פוטנציאל של $9.0\ \text{V}$ מניע זרם של $40\ \text{C}$ דרך נגד. כמה אנרגיה מועברת בנגד, בג'ולים?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$W = VQ = 9.0 \times 40 = 360\ \text{J}$ — תשע ג'ול לכל קולון.
הספק חשמלי
- השילוב של $V = \dfrac{W}{Q}$ ו$I = \dfrac{Q}{t}$ נותן $P = VI$.
- האנרגיה המועברת בזמן נתון היא $E = Pt$.
הספק חשמלי
P = VI
במתח קבוע, ההספק פרופורציונלי לזרם שהוא מדריך.
מכשיר עובד ב-$12\ \text{V}$ ומושך זרם של $2.0\ \text{A}$. מהו ההספק שלו?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$P = VI = 12 \times 2.0 = 24\ \text{W}$.
שלושה צורות הספק
- עם חוק אום ($V = IR$): $P = VI = I^{2}R = \dfrac{V^{2}}{R}$.
- בחרו את הצורה שמשתמשת בכמויות שכבר ידועות לכם.
איזה צורה של הספק חשמלי משתמשת רק במתח ובהתנגדות?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$P = \dfrac{V^{2}}{R}$ דורשת רק $V$ ו-$R$ — נוח כאשר אינך יודע את הזרם.
נורת הספק $100\ \text{W}$ דלוקה במשך $60\ \text{s}$. כמה אנרגיה היא מעבירה?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$E = Pt = 100 \times 60 = 6000\ \text{J}$.
דוגמה מודגמת: איזו צורה לבחור
מחמם $12\ \text{V}$ צורך זרם של $5.0\ \text{A}$. חשב את ההספק וההתנגדות שלו, את ההספק אם יופעל ממקור $6.0\ \text{V}$ במקום זאת, ואת האנרגיה שהעביר בתוך $10$ דקות בהספק מלא.
- הספק: $P = VI = 12 \times 5.0 = 60\ \text{W}$.
- התנגדות: $R = \dfrac{V}{I} = \dfrac{12}{5.0} = 2.4\ \Omega$.
- על $6.0\ \text{V}$: כאשר $R$ נשאר ללא שינוי, $P = \dfrac{V^{2}}{R} = \dfrac{6.0^{2}}{2.4} = 15\ \text{W}$ – חציית המתח רבעת את ההספק.
- אנרגיה: $E = Pt = 60 \times 600 = 3.6 \times 10^{4}\ \text{J} = 36\ \text{kJ}$.
- בדיקה: $I^{2}R$ נותן את אותו $60\ \text{W}$: $5.0^{2} \times 2.4 = 60$. כל שלוש הצורות מסכימות כי $R$ קבוע.
נגד קבוע מועבר ממקור $12\ \text{V}$ למקור $6.0\ \text{V}$. אילו טענות נכונות? סמן את כולן החלופות הרלוונטיות.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
עם $R$ קבוע, $I = \dfrac{V}{R}$ מתחצ half ו$P = \dfrac{V^{2}}{R}$ יורד לרבע. ההתנגדות עצמה אינה משתנה.
$I^{2}R$ ו$\dfrac{V^{2}}{R}$ מסכימים רק כאשר $R$ קבוע. במנורת תאורה, $R$ עולה כשהיא מתחממת, ולכן הכפלת המתח מניבה פחות מארבעה פעמים ההספק. המירו דקות לשניות לפני $E = Pt$. וולט הוא ג'ול ל-קולון אחד — לא ג'ול לשנייה, שזהו ואט.
וולט אחד הוא ג'ול אחד לשנייה.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
וולט אחד הוא ג'ול אחד לקולון — אנרגיה ליחידת מטען. ג'ול אחד לשנייה הוא וואט אחד, כלומר הספק.
הבנתך מושלמת
- מתח (p.d.) הוא אנרגיה המועברת ליחידת מטען: $V = \dfrac{W}{Q}$ (וולט = ג'ול לקולון)
- כוח חשמלי (e.m.f.) הוא אנרגיה הנתונה למטען על ידי המקור; מתח (p.d.) הוא אנרגיה שהוטלה על ידי המטען
- הספק $P = VI = I^{2}R = \dfrac{V^{2}}{R}$ (שתי האחרונות דורשות $R$ קבוע); אנרגיה $E = Pt$