זרם, כוח חשמלי ופוטנציאל
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| electric current/ɪˈlektrɪk ˈkʌrənt/ | זרם חשמלי |
| potential difference/pəˈtenʃl ˈdɪfrəns/ | הפרש פוטנציאלים |
| amperes/ˈæmpeəz/ | אמפרים |
| ammeter/ˈæmiːtə/ | אמפרמד |
| conventional current/kənˈvenʃənl ˈkʌrənt/ | זרם קונבנציונלי |
| direct current/daɪˈrekt ˈkʌrənt/ | זרם ישיר (DC) |
| alternating current/ˈɔːltəneɪtɪŋ ˈkʌrənt/ | זרם מתחלף (AC) |
| volts/vəʊlts/ | וולטים |
| voltmeter/ˈvəʊltmiːtə/ | מדיד מתח |
מה זורם?
- להדליק מנורה ודבר כלשהו זורם דרך החוטים — זרם חשמלי.
- תא מספק לזרימה את הדחיפה שהיא צריכה.
- שלושה גדלים מתארים את כולו: זרם, כוח חשמלי (e.m.f.) והפרש פוטנציאלים.
זרם חשמלי
- זרם חשמלי הוא זרימת מטען חשמלי, נמדד ב-אמפרים (A) באמצעות אמיפרמטר המחובר ב-סדרה.
- הזרם הוא המטען העובר על נקודה כל שנייה:
- $I$ באמפרים, $Q$ בקולונים (C), $t$ בשניות.
זרם מקובל זורם מהקוטב החיובי לקוטב השלילי, דרך המעגל החיצוני. האמיפרמטר (A) מחובר בסדרה למדידת הזרם.
דוגמה מפורטת. זרם של $2\ \text{A}$ זורם במשך $30\ \text{s}$. מטען $= It = 2 \times 30 = 60\ \text{C}$.
זרם מקובל לעומת זרימת אלקטרונים. זרם מקובל מצויר מ-$+$ ל-$-$, אך האלקטרונים בפועל בחוט המתכתי זזים בכיוון ההפוך ($-$ ל-$+$). הקונבנציה נקבעה לפני גילוי האלקטרונים, ואנו עדיין משתמשים בה היום.
חוק אום
V = IR
עבור מוליך אומי הזרם פרופורציונלי למתח — השיפוע הוא 1/ההתנגדות.
מטען של $30\ \text{C}$ עובר דרך נקודה ב$10\ \text{s}$. מה הזרם, באמפר?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$I = \dfrac{Q}{t} = \dfrac{30}{10} = 3.0\ \text{A}$.
זרם של $2.0\ \text{A}$ זורם במשך $5.0\ \text{s}$. כמה מטען עובר, בקולון?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$Q = It = 2.0 \times 5.0 = 10\ \text{C}$.
איך מחובר אמפרמטר כדי למדוד את הזרם דרך מנורה?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
ממוניטר מחובר בסדרה, כך שזרם זהה זורם דרכו ועד המנורה. (וולטמטר מחובר במקביל.)
כיוון וסוג הזרם
- זרם מקובל זורם מ-+ ל-−** סביב החוץ של התא.
- האלקטרונים החופשיים במתכת באמת זוזים בכיוון השני (− ל-+).
- זרם ישר (d.c.) תמיד זורם בכיוון אחד (סוללה). זרם מתחלף (a.c.) מתחלף כיוון ברצף (רשת חשמלית).
זרם ישר הוא יציב בכיוון אחד; זרם מתחלף מתחלף כיוון ברצף, חוצה אפס פעמים רבות בכל שנייה
נגדים, רכיבים השולטים בזרם במעגל
זרם מסורתי זורם סביב החלק החיצוני של תא מ:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
זרם מסורתי נחשב כזורם מקוטב + לקוטב −. האלקטרונים עצמם נוטים בכיוון ההפוך (− ל+).
כוח חשמלי והפרש פוטנציאלים
- שניהם נמדדים בוולטים (V) ושניהם מייצגים עבודה למטען יחיד:
- כוח חשמלי הוא האנרגיה שמספק המקור לכל קולון כדי להניע אותו סביב המעגל השלם.
- הפרש פוטנציאלים (p.d.) הוא האנרגיה שמפריד כל קולון ברכיב אחד.
- מדיוד הופס (ווולטמטר) מדוד אותם, מחובר במקביל (על פני הרכיב).
תא מבצע $120\ \text{J}$ עבודה כדי להעביר $60\ \text{C}$ מטען סביב מעגל. מהי כוח חשמלי (e.m.f.) שלו, ב-volts?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$E = \dfrac{W}{Q} = \dfrac{120}{60} = 2.0\ \text{V}$.
וולטמטר מחובר:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
וולטמטר מדוד את הפרש הפוטנציאלים על פני רכיב, ולכן הוא מחובר במקביל אליו.
התאם כל גודל חשמלי למשמעותו.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
כל פריט מקשר את המונח למשמעותו הנכונה.
הבנתך מושלמת
- זרם = זרימת מטען: $I = \dfrac{Q}{t}$; אמפרמטר ** בסדרה**, במחלקות
- זרם מסורתי + → −; אלקטרונים נעים − → +; DC בכיוון אחד, AC מתחלף
- כוח חשמלי (מעגל שלם) ו-p.d. (רכיב אחד) הם שניהם $\dfrac{W}{Q}$ בוולטים
- מדיוד הופס במקביל