סיכומים משיעורי פיזיקה

#12- זרם ישר

אנחנו במעגלי זרם ישר. זרם הוא תנועה מסודרת של חלקיקים חיוביים. מפוטנציאל גבוה לפוטנציאל נמוך. תזכרו שבחשמל תנועה של חלקיקים חיוביים הוא אותו הדבר כמו חלקיקים שליליים לצד השני. והוא מוגדר בתור I=dq/dt.
או פשוט q/t. למה נגזרת? כי לא תמיד הזרם קבוע.
מה היא המתח החשמלי?V(ab)=φ(a)-φ(b). המתח הוא הפרש הפוטנציאלים. מה משמעות הדבר במקור מתח בסוללה? נניח שיש לנו סוללה שהמתח שלה היא 1.5v, שאם נחסר מהצד הגבוה לצד הנמוך נקבל 1.5v. ואם נחסר מהצד הנמוך את הגבוה נקבל -1.5v.
מה התפקיד של מקור מתח?
1) ליצור הפרש פוטנציאלים.
2) להחזיר + שהגיע לפוטנציאל נמוך חזרה אל הפוטנציאל הגבוה.

הולכה מאפשרת מעבר של חלקיקים, אבל לחומר יש גם התנגדות. התנגדות היא מה שלא מאפשרת מעבר בחלקיקים. היא מסומנת בR או בr, ויחידותיהΩ.
סוללה בשלב כלשהו יהרס, ימות, וזה באשמת תכונת ההתנגדות.

ועכשיו, קבלו את זה: מעגל חשמלי וחוק אוהם!
מציירים מקור מתח עם 2 קווים מקבילים, שאחד מהם יותר ארוך מהשני והקווים מאונכים לתילים, שהם פשוט קווים ישרים. הקו הארול יותר הוא מקום הפוטנציאל הגבוה.
יש גם נגד, R, אין בתילים הולכה מושלמת אבל כשיש נגד אנחנו מתנהגים כאילו שהם מוליכים מושלמים. הפלוס זורם על התילים. בפועל אין שום פלוס זורם, אלו אלקטרונים. הנגד הוא כמה קווים מקושקשים. משהו כזה: \/\/\/\/\
כל הדברים האלה קשורים זה בזה, והקשר מתבטא במשוואה: V=IR. המתח שווה לזרם כפול נגד.

תיזכרו בהספק. עכשיו נלמד על הספק חשמלי. הקצב של עבודה חשמלית. P=W/t=qv/t=Iv
אם הסוללה אידיאלית(אין לה התנגדות פנימית- שהיא בעצמה לא צורכת אנרגיה) אז העבודה שהסוללה מבצעת היא העבודה שסוללה מספקת למעגל. ההספק גם, מזה שv=IR, שווה לv²/R.

מהמשוואות האלה, מה עושים אם הסוללה לא אידיאלית? P=εI-I²R. יקח לכם קצת זמן להבין את החיבור בין משוואות, זה טבעי.

מוכנים לחוקי קירכהוף? אנחנו קצת מהירים, בקצב הזה נסיים את החומר עוד מעט. אבל זה טוב.
נתון מעגל הבא: מלבן שנשען על רוחבו, החתוך ל2 ריבועים, שכולם חוטים חסרי התנגדות. בצד השמאלי של המלבן יש סוללה אידיאלית ומתח של 12v. על הצלע השניה של המלבן ועל החוט החותך את המלבן יש נגד, ההנתגדויות שלהם הם R₁=6Ω, R₂=3Ω.
צריך למצוא:
- I, V, והספק בכל נגד
- I במקור
- P שמספק המקור למעגל
בואו ננחש. מנחשים את כיוון הזרם. אם ננחש לא נכון נקבל זרם שלילי. כי זה כמו מהירות, מהירות לא שלילית.
הזרם הולך לנקודת החיתוך ויש צומת. מפה הוא יתפצל.
מה חוק קירכהוף הראשון אומר? סכום הזרמים שנכנסים לצומת שווים לסכום הזרמים שיוצא מהזרם.
סוללה בעל מתח מעלה את הפוטנציאל של מטען שמגיע אליו, ומאבד אותו במעגל. לסיפוק של דבר כזה קוראים כא"מ.
נצייר את כל הלולאות של המלבן. במעגל סגור המתח הוא 0. יש סגירת מעגל. למה שתהיה זרם? ועכשיו, נלך ללולאות שזה לא ממש ככה. בואו נציב במשוואות! I₁R₁-12=0
מה הזרם? 2A. אותו משוואה הולכת על הנגד השמי, והזרם- מסתבר שהוא 4A. והזרם הכולל הוא 6A. מה ההספק בכל אחד מהמסלולים?
I=2A
V=IR=12v
P=Iv=24w
______________________________________
I=4A, v=12v, P=48w

אז כמו שהבנתם, צריך לדעת איך לחבר נגדים. יש חיבור בטור ובמקביל. חיבור טור הוא חיבור ללא פיצולי זרם בדרך, ללא צמתים. הזרם פשוט זורם בכביש הזה, אין לו מקום אחר ללכת. הזרם זהה בכל הנגדים, והמתח הוא סכום המתחים של הנגדים. וההתנגדות הכוללת היא סכום התנגדויות. קלי קלות.
חיבור מקביל הוא לא כזה פשוט, הוא חיבור עם צומת, הזרם מתפצל לכמה זרמים ואז מתאחד, וזה חיבור לאותו המתח. מאחר והם מחוברים לאותו המתח, אפשר להגיד שכל המתחים זהים. בדיוק מה שעשינו, אבל נעשה קצת קיצור דרך.
כל המתחים זהים. הזרם הכולל הוא סכום הזרמים.
קצת טיפולים ונגיע לנגד. החיבור לנגד הוא חיבור הרמוני. R=1/Σ1/rᵢ
ככל שמחברים יותר נגדים במקביל, יש פחות התנגדות כוללת. זה הגיוני, כי כשמוסיפים יותר חוטים אז יש לזרם יותר לאן ללכת.

תזכרו: תדמיינו שאתם חלקיק שהולך, וכאשר יש לכם אופציות של ללכת ליותר מכיוון 1 על התילים יש כאן צומת.

עד עכשיו היו סוללות אידיאליות. מה עם סוללות לא אידיאליות? דבר ראשון, נוסחאות הכא"מ לא פועלות. הם לסוללות אידיאליות! ויכול גם להיות יותר מסוללה אחת. סוללות עם מתחים שונים יכולים לגרום לסוללות אחרות להיות עם זרמים שונים. אם כיוון הזרם הוא מנוגד לכיוון הזרם שהמתח בסוללה אמור ליצור בהנחה ואין עוד סוללות במעגל, הסוללה הוא כמו צרכן! הוא לא מגביר את ההספק במעגל. לעומת זאת, הוא מנמיך אותו.