פרק 1

מבוא ומושגים בסיסיים בחשמל

כיתה י׳ · 10 שעות לימוד

לפני שנתחיל לנתח מעגלים חשמליים ולחשב זרמים ומתחים, עלינו להכיר את אבני היסוד של תורת החשמל: המטען, השדה, המתח והזרם. בפרק הזה נגדיר כל מושג, נכתוב את החוק הקשור בו עם הסימנים ויחידות המידה, ואחר כך נפתור דוגמאות ושאלות.

בסוף הפרק הזה נדע:

שהחומר בנוי מאטומים, ושהמטען החשמלי הוא תכונה יסודית של חלקיקיהם.
להבחין בין גוף טעון לגוף נייטרלי, ולתאר את השדה החשמלי בעזרת קווי שדה.
להגדיר פוטנציאל ומתח (הפרש פוטנציאלים), ולקשר בין המתח לשדה החשמלי.
להגדיר את הזרם החשמלי ואת כיוונו המוסכם, ולחשב את עוצמתו לפי I = Qt.
להבחין בין מעגל פתוח למעגל סגור, ולהכיר את סימוני הרכיבים הבסיסיים.
להשתמש בתחיליות n, µ, m, k, M ולעבור ביניהן.

מטען, כוח ושדה חשמלי (Charge, Force, Electric Field)

מבנה החומר: האטום ומרכיביו:

כל חומר שסביבנו בנוי מחלקיקים זעירים הנקראים אטומים. במרכז האטום נמצא הגרעין, ובו הפרוטונים והנייטרונים, וסביב הגרעין נעים האלקטרונים במסלולים.

מודל פשוט של האטום: גרעין במרכז ואלקטרונים הנעים סביבו

החלקיק	בערבית	מקומו באטום	מטענו
פרוטון	البروتون	בגרעין	חיובי (+e)
נייטרון	النيوترون	בגרעין	נייטרלי (חסר מטען)
אלקטרון	الإلكترون	במסלולים סביב הגרעין	שלילי (−e)

האלקטרונים שבמסלול האחרון רחוקים מן הגרעין, ולכן הקשר שלהם לאטום חלש. במתכות, כמו נחושת ואלומיניום, האלקטרונים האלה משתחררים בקלות ונעים בין האטומים. הם נקראים אלקטרונים חופשיים. האלקטרונים האלה הם שנושאים את הזרם החשמלי במוליכים.

מטען חשמלי:

מטען חשמלי: תכונה יסודית של חלקיקי החומר, שבגללה פועל עליהם כוח כשהם נמצאים בקרבת מטענים אחרים. יש שני סוגי מטענים: חיובי (נושא אותו הפרוטון) ושלילי (נושא אותו האלקטרון).

מטען האלקטרון ומטען הפרוטון שווים בגודלם ומנוגדים בסימנם. הגודל הזה נקרא המטען היסודי ומסמנים אותו באות e:

e = 1.6·10⁻¹⁹ C

גוף נעשה טעון כשנוספו לו אלקטרונים או כשנגרעו ממנו אלקטרונים.

הערה: יחידת המידה של המטען היא הקולון, וסימנה [C]. קולון אחד הוא מטען גדול מאוד, ולכן משתמשים בדרך כלל במילי-קולון [mC] ובמיקרו-קולון [µC].

גוף טעון וגוף נייטרלי:

גוף נייטרלי: מספר הפרוטונים שבו שווה למספר האלקטרונים, ולכן מטענו הכולל אפס.
גוף טעון במטען שלילי: קיבל אלקטרונים, ולכן מספר האלקטרונים שבו גדול ממספר הפרוטונים.
גוף טעון במטען חיובי: איבד אלקטרונים, ולכן מספר האלקטרונים שבו קטן ממספר הפרוטונים.

הערה: מה שעובר מגוף לגוף הוא האלקטרונים בלבד. הפרוטונים קשורים לגרעין ואינם עוברים.

הכוח בין מטענים:

בין כל שני גופים טעונים פועל כוח חשמלי. מטענים שווי סימן דוחים זה את זה (דחייה), ומטענים שוני סימן מושכים זה את זה (משיכה):

חיובי וחיובי: דחייה

שלילי ושלילי: דחייה

חיובי ושלילי: משיכה

את גודל הכוח קובע חוק קולון: הכוח גדל ככל ששני המטענים גדולים יותר, וקטן ככל שהמטענים מתרחקים זה מזה.

חוק קולון

F = k·Q₁·Q₂r²

סימן	משמעות	יחידת מידה
F	הכוח החשמלי ההדדי בין שני המטענים	[N]
Q₁ , Q₂	גודלו של כל מטען	[C]
r	המרחק בין שני המטענים	[m]
k	קבוע קולון, 9·10⁹	[N·m²/C²]

דוגמה 1.1

שני מטענים נקודתיים שגודלם Q₁ = 2 µC ו-Q₂ = 3 µC , והמרחק ביניהם 30 cm. נחשב את הכוח ההדדי ביניהם.

פתרון:

נמיר את הנתונים ליחידות הבסיס: Q₁ = 2·10⁻⁶ C , Q₂ = 3·10⁻⁶ C , r = 0.3 m.

F = k·Q₁·Q₂r²

F = 9·10⁹ · 2·10⁻⁶ · 3·10⁻⁶(0.3)² = 0.6 N

שני המטענים חיוביים, ולכן הכוח ביניהם הוא כוח דחייה.

F = 0.6 N

שאלה 1.1: כיצד משתנה הכוח בין שני מטענים אם מגדילים את המרחק ביניהם פי שניים?

השדה החשמלי וקווי השדה:

שדה חשמלי: המרחב שסביב מטען, שבו פועל כוח חשמלי על כל מטען אחר. עוצמת השדה בנקודה מסוימת היא הכוח הפועל על כל קולון אחד שמוצב באותה נקודה.

עוצמת השדה החשמלי

E = Fq

סימן	משמעות	יחידת מידה
E	עוצמת השדה החשמלי	[N/C]
F	הכוח הפועל על המטען שנמצא בשדה	[N]
q	המטען שנמצא בשדה	[C]

את השדה החשמלי אי אפשר לראות, ולכן מסרטטים אותו בעזרת קווי השדה. קו שדה מראה את כיוון הכוח הפועל על מטען חיובי שמוצב בשדה.

מטען חיובי: הקווים יוצאים ממנו

מטען שלילי: הקווים נכנסים אליו

בין שני לוחות טעונים: שדה אחיד

כללי הסרטוט של קווי השדה:

קווי השדה יוצאים מן המטען החיובי ונכנסים אל המטען השלילי.
ככל שהקווים צפופים יותר השדה חזק יותר, וככל שהם מתרחקים זה מזה השדה חלש יותר.
קווי השדה אינם נחתכים לעולם.
בין שני לוחות מקבילים הטעונים במטענים מנוגדים הקווים מקבילים והמרווחים ביניהם שווים. שדה כזה נקרא שדה אחיד, ועוצמתו שווה בכל נקודה.

דוגמה 1.2

מטען של 2 µC הוצב בנקודה בתוך שדה חשמלי, ופעל עליו כוח של 0.06 N. נחשב את עוצמת השדה בנקודה הזאת.

פתרון:

הנתונים: q = 2·10⁻⁶ C , F = 0.06 N. הנדרש: E.

E = Fq

E = 0.062·10⁻⁶ = 3·10⁴ N/C

E = 3·10⁴ N/C

שאלה 1.2: עוצמת השדה בנקודה מסוימת היא 500 N/C. מהו הכוח הפועל על מטען של 4 mC שמוצב בנקודה הזאת?

▶ניסוי חי — מטענים וכוחותסימולציה חיה: נקרב שני מטענים ונראה משיכה ודחייה ביניהם, ונמדוד את הכוח לפי חוק קולון.

⚠

המעבדה אינה זמינה כרגע. החומר בפרק שלם גם בלעדיה — ממשיכים לקרוא, וחוזרים לניסוי מאוחר יותר או פותחים אותו ישירות בקישור שמתחת למסגרת.

https://fahed-lab.com/charges/charges_forces

פתיחת המעבדה בדף נפרד ↗ fahed-lab.com/charges/charges_forces

המתח החשמלי ומקורות מתח (Voltage and Voltage Sources)

הפוטנציאל החשמלי:

כדי להעביר מטען בתוך שדה חשמלי יש להשקיע עבודה (אנרגיה), בדיוק כמו שמשקיעים עבודה כדי להרים גוף לגובה מסוים. ככל שהנקודה "גבוהה" יותר מבחינה חשמלית, דרושה אנרגיה גדולה יותר כדי להעביר אליה את המטען.

פוטנציאל: העבודה (האנרגיה) הדרושה כדי להעביר מטען של קולון אחד מנקודת ייחוס אל הנקודה הזאת. בנקודת הייחוס הפוטנציאל שווה לאפס.

פוטנציאל

U_A = W_Aq

סימן	משמעות	יחידת מידה
U_A	הפוטנציאל החשמלי בנקודה A	[V]
W_A	העבודה הדרושה להעברת המטען מנקודת הייחוס אל הנקודה A	[J]
q	המטען שהועבר	[C]

הערה: יחידת המידה של הפוטנציאל ושל המתח היא הוולט, וסימנה [V]. וולט אחד שווה לג׳אול אחד לכל קולון אחד: 1 V = 1 J1 C. במעגלים חשמליים בוחרים בדרך כלל את ההדק השלילי של המקור, או את האדמה, כנקודת ייחוס.

המתח כהפרש פוטנציאלים:

מתח חשמלי: ההפרש בין הפוטנציאלים של שתי נקודות. הוא שווה לעבודה הדרושה כדי להעביר קולון אחד מנקודה אחת לאחרת. המתח הוא שדוחף את המטענים לנוע: בלי מתח לא זורם זרם.

הפרש פוטנציאלים

U_AB = U_A − U_B

U_AB = Wq

סימן	משמעות	יחידת מידה
U_AB	המתח בין הנקודה A לנקודה B	[V]
U_A , U_B	הפוטנציאל של כל נקודה ביחס לנקודת הייחוס	[V]
W	העבודה הדרושה להעברת המטען בין שתי הנקודות	[J]
q	המטען שהועבר	[C]

דימוי: אפשר לדמות את המתח להפרש הגובה בין שני מְכלי מים: המים זורמים מן המְכל הגבוה אל הנמוך, וככל שהפרש הגובה גדול יותר הזרימה חזקה יותר. אם שני המְכלים באותו גובה, המים אינם זורמים.

דוגמה 1.3

הפוטנציאל של הנקודה A הוא 9 V והפוטנציאל של הנקודה B הוא 3 V. נחשב את U_AB ואת U_BA.

פתרון:

U_AB = U_A − U_B = 9 − 3 = 6 V

U_BA = U_B − U_A = 3 − 9 = −6 V

נשים לב ש-U_BA = −U_AB: סדר האותיות קובע את סימן המתח.

U_AB = 6 V

דוגמה 1.4

כדי להעביר מטען של 5 C בין הדקי סוללה הושקעה עבודה של 60 J. נחשב את מתח הסוללה.

פתרון:

הנתונים: q = 5 C , W = 60 J. הנדרש: U.

U = Wq

U = 605 = 12 V

U = 12 V

שאלה 1.3: סוללה שמתחה 1.5 V מעבירה מטען של 200 C. מהי העבודה שהסוללה משקיעה?

הקשר בין המתח לשדה החשמלי:

בכל מקום שיש בו מתח בין שתי נקודות, יש ביניהן שדה חשמלי. בשדה אחיד, בין שני לוחות מקבילים, עוצמת השדה תלויה במתח שבין הלוחות ובמרחק ביניהם:

שדה אחיד בין לוחות

E = Ud

סימן	משמעות	יחידת מידה
E	עוצמת השדה החשמלי בין הלוחות	[V/m]
U	המתח בין הלוחות	[V]
d	המרחק בין הלוחות	[m]

הערה: היחידות [V/m] ו-[N/C] שוות זו לזו, ושתיהן מתאימות למדידת עוצמת השדה החשמלי.

דוגמה 1.5

המתח בין שני לוחות מקבילים הוא 24 V והמרחק ביניהם 3 mm. נחשב את עוצמת השדה החשמלי בין הלוחות.

פתרון:

נמיר את המרחק למטרים: d = 3 mm = 3·10⁻³ m.

E = Ud

E = 243·10⁻³ = 8000 V/m

E = 8 kV/m

שאלה 1.4: עוצמת השדה בין שני לוחות היא 20 kV/m והמרחק ביניהם 5 mm. מהו המתח בין הלוחות?

מקורות מתח:

מקור מתח: רכיב השומר על מתח קבוע בין הדקיו, על ידי המרת אנרגיה מסוג אחר לאנרגיה חשמלית. את מתח המקור מסמנים באות E או U.

המקור	בערבית	האנרגיה שהוא ממיר לחשמלית
סוללה / תא	البطارية (الخلية)	אנרגיה כימית
מצבר	المُركِّم (بطارية قابلة للشحن)	אנרגיה כימית, ואפשר לטעון אותו מחדש
מחולל / גנרטור	المولّد	אנרגיה מכנית (תנועה)
תא סולרי	الخلية الشمسية	אנרגיית אור

מבחינים בין שני סוגים של מקורות מתח: מקור מתח ישר (DC), שבו קוטביות המקור קבועה, כמו סוללה, ומקור מתח חילופין (AC), שבו הקוטביות מתחלפת באופן מחזורי, כמו רשת החשמל. בפרקים 1–13 נעסוק במתח ישר בלבד.

חיבור מקורות בטור: אם המקורות מחוברים באותו כיוון מחברים את מתחיהם, ואם הם מחוברים בכיוונים מנוגדים מחסרים אותם:

באותו כיוון: U_AB = E₁ + E₂

בכיוונים מנוגדים: U_AB = E₁ − E₂

דוגמה 1.6

א. ארבע סוללות, שמתח כל אחת מהן 1.5 V , חוברו בטור באותו כיוון. נחשב את המתח הכולל.
ב. מקור שמתחו 12 V חובר בטור עם מקור שמתחו 9 V בכיוון מנוגד. נחשב את המתח הכולל.

פתרון:

א. המקורות באותו כיוון, ולכן נחבר:

U = 4 · 1.5 = 6 V

ב. שני המקורות בכיוונים מנוגדים, ולכן נחסר, והקוטביות נקבעת לפי המקור הגדול:

U = 12 − 9 = 3 V

זרם חשמלי (Electric Current)

בשני הסעיפים הקודמים עסקנו במטענים במנוחה. כשמחברים מוליך בין הדקיו של מקור מתח, המתח דוחף את האלקטרונים החופשיים לנוע בכיוון אחד, וכך נוצר הזרם החשמלי.

זרם חשמלי: תנועה מסודרת של מטענים חשמליים במוליך. עוצמת הזרם היא כמות המטען העוברת דרך חתך המוליך בכל שנייה.

עוצמת הזרם

I = Qt

סימן	משמעות	יחידת מידה
I	עוצמת הזרם	[A]
Q	המטען שעבר דרך חתך המוליך	[C]
t	הזמן	[s]

הערה: יחידת המידה של הזרם היא האמפר, וסימנה [A]. אמפר אחד פירושו מעבר של קולון אחד בכל שנייה: 1 A = 1 C1 s.

הכיוון המוסכם של הזרם:

הכיוון המוסכם של הזרם: מן ההדק החיובי של המקור אל ההדק השלילי, מחוץ למקור. זה הכיוון שבו משתמשים בכל החישובים והסכמות.
כיוון תנועת האלקטרונים: הפוך, מן ההדק השלילי אל ההדק החיובי, כי מטען האלקטרון שלילי.

דוגמה 1.7

דרך חתך של מוליך עבר מטען של 6 C במשך שתי שניות. נחשב את עוצמת הזרם.

פתרון:

הנתונים: Q = 6 C , t = 2 s. הנדרש: I.

I = Qt

I = 62 = 3 A

I = 3 A

דוגמה 1.8

בנורה זורם זרם שעוצמתו 0.5 A במשך שתי דקות. נחשב את המטען שעבר בנורה.

פתרון:

נמיר את הזמן לשניות: t = 2 min = 120 s.

נחלץ את המטען מחוק הזרם:

Q = I·t

Q = 0.5 · 120 = 60 C

Q = 60 C

הערה: בסוללות ובמצברים מודדים את המטען גם ביחידה אמפר·שעה [Ah]. מכיוון שבשעה יש 3600 s , מתקיים 1 Ah = 3600 C.

דוגמה 1.9

על מצבר של מכונית כתוב 60 Ah. כמה שעות הוא יכול לספק זרם שעוצמתו 5 A?

פתרון:

נחלץ את הזמן מחוק הזרם, ונציב את המטען ביחידה [Ah] כדי לקבל את הזמן בשעות:

t = QI

t = 605 = 12 h

t = 12 h

שאלה 1.5: במוליך עובר מטען של 90 C במשך חצי דקה. מהי עוצמת הזרם?

שאלה 1.6: כמה זמן דרוש כדי שמטען של 18 C יעבור במוליך שזורם בו זרם שעוצמתו 20 mA?

▶ניסוי חי — מהו זרם חשמלי?סימולציה חיה: משנים את המטען ואת הזמן ורואים כיצד משתנות מהירות האלקטרונים ועוצמת הזרם.

⚠

https://fahed-lab.com/circuits/electric_current_explainer

פתיחת המעבדה בדף נפרד ↗ fahed-lab.com/circuits/electric_current_explainer

מושגים בסיסיים במעגל חשמלי (Basic Circuit Concepts)

מעגל חשמלי: מסלול סגור שהזרם זורם בו: מאחד מהדקי המקור, דרך המוליכים והרכיבים, ובחזרה אל ההדק האחר.

מעגל סגור ומעגל פתוח:

מעגל סגור: המפסק סגור, זורם זרם והנורה דולקת

מעגל פתוח: המפסק פתוח, I = 0 והנורה כבויה

מעגל סגור: המסלול שלם, ולכן הזרם זורם בכל רכיבי המעגל.
מעגל פתוח (נתק): המסלול קטוע בנקודה אחת לפחות, ולכן לא זורם זרם במעגל כולו, גם אם המקור נשאר מחובר.

רכיבים בסיסיים וסימוניהם:

הרכיב	בערבית	תפקידו במעגל
מקור מתח	مصدر جهد	מספק למעגל אנרגיה חשמלית. הקו הארוך הוא ההדק החיובי
נגד	مقاومة	מגביל את עוצמת הזרם, וממיר אנרגיה חשמלית לחום
מוליך (תיל)	موصل (سلك)	מחבר בין הרכיבים ומעביר את הזרם
מפסק	مفتاح	פותח את המעגל או סוגר אותו
נורה	مصباح	ממירה אנרגיה חשמלית לאור
מד-זרם (אמפרמטר)	مقياس التيار (أمبيرمتر)	מודד את עוצמת הזרם, ומחובר בטור
מד-מתח (וולטמטר)	مقياس الجهد (فولتمتر)	מודד את המתח, ומחובר במקביל
נתיך	مُنصهِر	מגן על המעגל: נשרף כשעובר בו זרם גדול מן המותר
אדמה / הארקה	أرضي	נקודת הייחוס, והפוטנציאל שלה אפס

תיאור סכמתי של מעגל חשמלי:

במקום לצייר את הרכיבים כפי שהם נראים במציאות, מסרטטים את המעגל בעזרת סכמה, שבה כל רכיב מופיע בסימון המוסכם שלו, והמוליכים מופיעים כקווים ישרים. הסכמה מראה כיצד מחוברים הרכיבים זה לזה, ואינה מראה את מקומם האמיתי.

סכמה של מעגל חשמלי: מקור מתח E , מפסק S , נתיך F , נורה L ונגד R. מד-הזרם מחובר בטור, ומד-המתח מחובר במקביל לנורה

שאלה 1.7: נתבונן בסכמה הקודמת ונענה:
א. מה קורה לנורה אם פותחים את המפסק S?
ב. מה מודד כל אחד משני המדים?
ג. מהו כיוון הזרם בנגד R?

הסכנות לאדם ממעבר זרם חשמלי:

גוף האדם מוליך חשמל. את הסכנה לאדם לא קובע המתח לבדו, אלא עוצמת הזרם העובר בגוף ומשך מעברו. התנגדות הגוף היא כ-1000 Ω כשהעור יבש, והיא יורדת לכ-300 Ω כשהוא רטוב, ולכן אותו מתח מסוכן הרבה יותר במקומות לחים.

הזרם העובר בגוף	השפעתו על האדם
1 mA	סף התחושה: עקצוץ קל
10 mA	התכווצות שרירים: לאדם קשה מאוד להרפות את ידו
30 mA	שיתוק שרירי הנשימה. זהו סף הפעולה של מפסק המגן (ממסר הפחת)
50 mA ומעלה	פרפור חדרים בלב: סכנת חיים בתוך שניות

אזהרה: לא נוגעים בשום חלק חשוף של מעגל המחובר לרשת החשמל, ולא עובדים על מעגל לפני שמנתקים אותו מן המקור. הערכים שבטבלה מקורבים (לפי התקן IEC 60479) ומשתנים מאדם לאדם. נרחיב בנושא הזה במקצוע בטיחות בחשמל.

יחידות הערכים במערכת היחידות הבינלאומית (SI)

הגדלים החשמליים משתרעים על תחום רחב מאוד: זרם של אלפיות אמפר בחיישן, והתנגדות של מיליוני אוהם בחומר מבודד. כדי לייצג ערכים קטנים וגדולים בלי לכתוב אפסים רבים, מקדימים ליחידה אות הנקראת תחילית, המייצגת חזקה של המספר 10.

התחילית	בערבית	הסימן	הערך	דוגמה מן החשמל
מגה	ميغا	M	10⁶ = 1,000,000	התנגדות בידוד 2 MΩ
קילו	كيلو	k	10³ = 1,000	נגד 4.7 kΩ
— (יחידת הבסיס)	—	—	10⁰ = 1	A , V , Ω
מילי	ميلي	m	10⁻³ = 0.001	זרם 30 mA
מיקרו	مايكرو	µ	10⁻⁶ = 0.000001	מטען 5 µC
ננו	نانو	n	10⁻⁹ = 0.000000001	קבל 100 nF

כלל המעבר בין תחיליות: במעבר לתחילית גדולה יותר המספר קטן, ובמעבר לתחילית קטנה יותר המספר גדל. בין כל שתי תחיליות סמוכות בטבלה יש שלוש ספרות עשרוניות, כלומר כופלים ב-1000 או מחלקים ב-1000.

דוגמה 1.10

נמיר כל ערך ליחידה הנדרשת:
א. 4.7 kΩ ל-[Ω].
ב. 250 mA ל-[A].
ג. 0.000033 C ל-[µC].
ד. 2.2 MΩ ל-[kΩ].

פתרון:

א. מקילו ליחידת הבסיס, כופלים ב-10³:

4.7 kΩ = 4.7 · 10³ Ω = 4700 Ω

ב. ממילי ליחידת הבסיס, כופלים ב-10⁻³:

250 mA = 250 · 10⁻³ A = 0.25 A

ג. מיחידת הבסיס למיקרו, כופלים ב-10⁶:

0.000033 C = 0.000033 · 10⁶ µC = 33 µC

ד. ממגה לקילו, כופלים ב-10³:

2.2 MΩ = 2.2 · 10³ kΩ = 2200 kΩ

הנחיה לפתרון: בפתרון שאלות ממירים תמיד את כל הנתונים ליחידות הבסיס [A] , [V] , [Ω] לפני ההצבה בחוק, ורק בסוף כותבים את התוצאה עם תחילית נוחה.

שאלה 1.8: נמיר:
א. 0.05 A ל-[mA].
ב. 3300 Ω ל-[kΩ].
ג. 470 nF ל-[µF].
ד. 1500 mV ל-[V].

סיכום נוסחאות הפרק:

החוק	הנוסחה
חוק קולון	F = k·Q₁·Q₂r²
עוצמת השדה החשמלי	E = Fq
פוטנציאל ומתח	U = Wq
המתח בין שתי נקודות	U_AB = U_A − U_B
שדה אחיד בין לוחות	E = Ud
עוצמת הזרם	I = Qt

מילון מונחים:

עברית	English	العربية
אטום	Atom	الذرّة
מטען חשמלי	Electric charge	الشحنة الكهربائية
גוף טעון	Charged body	جسم مشحون
גוף נייטרלי	Neutral body	جسم متعادل
כוח	Force	القوة
שדה חשמלי	Electric field	المجال الكهربائي
קווי השדה	Field lines	خطوط المجال
פוטנציאל	Potential	الجهد عند نقطة
מתח / הפרש פוטנציאלים	Voltage	فرق الجهد
מקור מתח	Voltage source	مصدر جهد
זרם חשמלי	Electric current	التيار الكهربائي
עוצמת הזרם	Current intensity	شدة التيار
הכיוון המוסכם	Conventional direction	الاتجاه الاصطلاحي
מעגל חשמלי	Electric circuit	الدائرة الكهربائية
מעגל סגור / פתוח	Closed / open circuit	دائرة مغلقة / مفتوحة
מוליך	Conductor	موصل
נגד	Resistor	مقاومة
מפסק	Switch	مفتاح
סכמה	Schematic	مخطط
תחילית	Prefix	البادئة

שאלות לתרגול:

גוף נושא מטען של −8 µC. האם הגוף קיבל אלקטרונים או איבד אותם?

תשובות: קיבל אלקטרונים.

שני מטענים נקודתיים, שגודל כל אחד מהם 4 µC , והמרחק ביניהם 20 cm.
א. נחשב את הכוח ההדדי ביניהם.
ב. האם זה כוח משיכה או כוח דחייה?

תשובות: א. F = 3.6 N. ב. דחייה

על מטען של 5 µC פועל כוח של 0.02 N כשהוא מוצב בשדה חשמלי. נחשב את עוצמת השדה.

תשובות: E = 4000 N/C

נסרטט את קווי השדה החשמלי בכל מקרה:
א. מטען חיובי בודד.
ב. מטען שלילי בודד.
ג. שני לוחות מקבילים, השמאלי חיובי והימני שלילי.

תשובות: משווים את הסרטוט לאיורים שבסעיף השדה החשמלי וקווי השדה

כדי להעביר מטען של 0.4 C מן הנקודה B אל הנקודה A הושקעה עבודה של 9.6 J.
א. נחשב את U_AB.
ב. אם U_B = 6 V , נחשב את U_A.

תשובות: א. U_AB = 24 V. ב. U_A = 30 V

המתח בין שני לוחות מקבילים הוא 230 V והמרחק ביניהם 2 cm. נחשב את עוצמת השדה בין הלוחות ביחידה [kV/m].

תשובות: E = 11.5 kV/m

שלושה מקורות חוברו בטור: E₁ = 9 V ו-E₂ = 6 V באותו כיוון, ו-E₃ = 3 V בכיוון מנוגד להם. נחשב את המתח הכולל.

תשובות: U = 12 V

בתנור חימום חשמלי זורם זרם שעוצמתו 8 A במשך רבע שעה.
א. נחשב את המטען שעבר בתנור.
ב. נכתוב את התוצאה ביחידה [Ah].

תשובות: א. Q = 7200 C. ב. Q = 2 Ah

על סוללת טלפון כתוב 4000 mAh. כמה שעות פועלת הסוללה אם הטלפון צורך זרם שעוצמתו 250 mA?

תשובות: t = 16 h

10.

נסרטט סכמה של מעגל חשמלי שיש בו: מקור מתח, מפסק, שתי נורות בטור, מד-זרם המודד את הזרם במעגל, ומד-מתח המודד את המתח על הנורה הראשונה.

תשובות: מד-הזרם בטור עם שתי הנורות, ומד-המתח במקביל לנורה הראשונה

11.

אדם נוגע ביד רטובה במוליך שמתחו 230 V. התנגדות גופו 300 Ω , והזרם העובר בגוף שווה למתח חלקי ההתנגדות.
א. נחשב את עוצמת הזרם ביחידה [mA].
ב. פי כמה גדול הזרם הזה מן הסף של 30 mA?

תשובות: א. I ≈ 767 mA. ב. בערך פי 26

12.

נשלים את הטבלה:
א. 0.0025 A = … mA ·
ב. 68 kΩ = … Ω ·
ג. 0.5 MΩ = … kΩ ·
ד. 2200 µC = … mC ·
ה. 15 nF = … µF.

תשובות: א. 2.5 mA · ב. 68,000 Ω · ג. 500 kΩ · ד. 2.2 mC · ה. 0.015 µF

תשובות סופיות לשאלות הפרק

1.1 הכוח קטן פי ארבעה, כי המרחק מופיע בריבוע במכנה

1.2 F = 2 N

1.3 W = 300 J

1.4 U = 100 V

1.5 I = 3 A

1.6 t = 900 s , כלומר 15 min

1.7 א. היא כבה, כי המעגל נעשה פתוח. ב. מד-הזרם מודד את עוצמת הזרם במעגל, ומד-המתח מודד את המתח על הנורה. ג. מימין לשמאל

1.8 א. 50 mA · ב. 3.3 kΩ · ג. 0.47 µF · ד. 1.5 V

שאלות בגרות לפרק 1

חומר הפרק הזה הוא הבסיס לכל שאלות הבגרות, ואין בבחינה שאלה עצמאית עליו. פוגשים אותו בתוך שאלות הזרם הישר שבפרקים 4–11.

נוסחאון הספר: כל נוסחאות הפרק הזה מרוכזות, עם סרטוטיהן וטבלאות הסמלים שלהן, בפרק 20 — נוסחאון הספר.