על המסמך: הצעה לפתרון מלא לשאלון 845381 — מערכות חשמל, קיץ תשפ"ו 2026. השאלון כולל שתים-עשרה שאלות: שאלות 1–4 במעגלי זרם ישר, שאלות 5–8 בזרם חילופין, שאלות 9–10 באלגברה בוליאנית ומערכות ספרתיות, ושאלות 11–12 בתרמודינמיקה (לתלמידי בקרת אקלים).
שלושת הענפים מחוברים בין צומת A (עליון) לצומת B (תחתון). נבחר את הפוטנציאל בצומת B שווה לאפס ונפתור בשיטת מתחי הצמתים. הענף הימני כולל את R₂ ו-R₄ בטור (40Ω) עם המקור E₂.
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — מעגל RL מקבילי.
שאלה 7 — מעגל RLC טורי במצב תהודה
נתונים: R = 60 Ω · L = 60mH · U = 12V · VC = 40V · מצב תהודה
💡
מצב תהודה: מד-המתח על הקבל מראה V_C = 40V. במצב תהודה מתקיים X_L = X_C, מפלי הסליל והקבל מבטלים זה את זה, והעכבה שווה ל-R בלבד.
סעיף א — הזרם I
במצב תהודה העכבה מינימלית ושווה להתנגדות בלבד:
Z = R = 60 Ω → I = UR = 1260
I = 0.2 A
סעיף ב — X_L ו-X_C
XC = VCI = 400.2 = 200 Ω ; XL = XC = 200 Ω
XL = XC = 200 Ω
סעיף ג — תדירות התהודה f₀
f₀ = XL2π L = 2002π × 0.06 = 2000.377
f₀ ≈ 530.5 Hz
סעיף ד — קיבול הקבל C
C = 12π f₀ · XC = 12π × 530.5 × 200 ≈ 1.5 × 10-6 F
C = 1.5 µF
🧪סימולציה בתוך הדף— תהודה — המתח על הקבל גדול מן המקור
40 וולט על הקבל מול 12 וולט של המקור: היחס ביניהם הוא גורם הטיב Q₀. שנו את R — הטיב אינו משתנה, כי הוא תלוי רק ביחס המתחים; משתנים הזרם, ההיגבים, f₀ ו-C.▶ פתח את מעבדת RLC — לשונית תהודה
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — תהודה — המתח על הקבל גדול מן המקור.
שאלה 8 — רשת תלת-מופעית, חיבור משולש (Δ)
נתונים: Z = 10 + j5 Ω לכל מופע · U(קווי) = 400V · f = 50Hz · עומס מאוזן בחיבור משולש
בחיבור משולש המתח המופעי שווה למתח הקווי, כלומר 400V. גודל העכבה וזווית המופע:
P = 3 · I(מופעי)2 · R = 3 × 35.782 × 10 ≈ 38400 W
Q = 3 · I(מופעי)2 · X = 3 × 35.782 × 5 ≈ 19200 var
S = √P2 + Q2 ≈ 42930 VA
P = 38.4 kW ; Q = 19.2 kvar ; S ≈ 42.93 kVA
סעיף ג — משולש ההספקים
משולש ההספקים הוא משולש ישר-זווית: הצלע האופקית היא ההספק הפעיל P, הצלע האנכית היא ההספק ההיגבי Q (חיובי, כלפי מעלה — עומס השראותי), והיתר הוא ההספק המדומה S. הזווית בין P ל-S שווה ל-φ ≈ 26.6°.
סעיף ד — אופי הרשת
החלק המדומה של העכבה חיובי (+j5), ולכן ההיגב השראותי. הזרם מפגר אחרי המתח וההספק ההיגבי Q חיובי, ומכאן שהרשת השראותית:
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — עומס מאוזן בחיבור משולש.
📘 פרק שלישי — מערכות ספרתיות
שאלה 9 — פונקציה בוליאנית מטבלת אמת
נתונים: פונקציה F של שלושה משתנים A, B, C נתונה בטבלת אמת
סעיף א — ביטוי הפונקציה (סכום מכפלות)
הפונקציה שווה ל-1 בארבע השורות שבהן לפחות שניים מהמשתנים שווים ל-1. טבלת האמת:
A
B
C
F
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
ביטוי סכום המכפלות המתקבל ישירות מהשורות שבהן F=1:
F = A · B · C + A · B · C + A · B · C + A · B · C
סעיף ב — מפת קרנו ופישוט
נעביר את הערכים למפת קרנו — שורות לפי A, עמודות לפי BC בסדר קוד גרֵיי:
A \ BC
00
01
11
10
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
מקבצים שלושה זוגות של תאים סמוכים: הזוג BC (עמודה 11 בשתי השורות), הזוג AC (שורה A=1, עמודות 01 ו-11), והזוג AB (שורה A=1, עמודות 11 ו-10). זוהי פונקציית הרוב:
F = A · B + A · C + B · C
סעיף ג — מימוש במערכת מתגים
סכום לוגי מתממש בענפים מקביליים, ומכפלה לוגית מתממשת במגעים בטור. לכן המערכת בנויה משלושה ענפים מקביליים, ובכל ענף שני מגעים בטור: ענף (A·B) במקביל לענף (A·C) במקביל לענף (B·C). המעגל מוליך כאשר F=1.
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — פונקציית הרוב.
שאלה 10 — מערכת שערים לוגיים
נתונים: מערכת המשלבת שער NOR על (A,B), שער NAND על (B,C), ושער NOR סופי המאחד ביניהם
💡
מבנה המערכת: שער NOR פועל על הכניסות A ו-B, שער NAND פועל על הכניסות B ו-C, ושני מוצאיהם נכנסים לשער NOR סופי שמוצאו F.
סעיף א — ביטוי הפונקציה
נעקוב אחרי המערכת שער אחרי שער. שער ה-NOR הראשון נותן את המשלים של הסכום A+B, שער ה-NAND נותן את המשלים של המכפלה B·C, ושער ה-NOR הסופי מאחד את שני המוצאים:
F(A,B,C) = (A + B) + (B · C)
סעיף ב — פישוט
לפי משפט דה-מורגן, שלילת הסכום של שני איברים שווה למכפלת המשלימים שלהם:
F = (A + B) · (B · C) = (A + B) · (B · C)
נפתח את המכפלה ונשתמש בכך ש-A·B·C נבלע באיבר B·C:
F = A · B · C + B · C = B · C · (A + 1) = B · C
F = B · C (2 ליטרלים)
💡
המסקנה: המשתנה A נעלם לחלוטין מהפונקציה. כל המערכת המורכבת שקולה לשער AND יחיד עם הכניסות B ו-C בלבד — דוגמה מצוינת לחשיבות הפישוט לפני המימוש.
סעיף ג — מימוש בשער יחיד
הפונקציה המפושטת ממומשת בשער AND יחיד עם שתי הכניסות B ו-C, שמוצאו F = B·C.
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — שלושה שערים ששקולים ל-AND אחד.
🌡️ שאלות 11–12 — לתלמידי בקרת אקלים
שאלה 11 — חימום איזוברי של גז אידאלי
נתונים: גז חד-אטומי · n = 3 mol · P = 1.2·10⁵ Pa (קבוע) · T₁ = 20°C · T₂ = 80°C · R = 8.314 J/(K·mol)
סעיף א — הגדרת תהליך איזוברי
תהליך איזוברי הוא תהליך שבו לחץ הגז נשאר קבוע. בתהליך כזה הנפח והטמפרטורה משתנים יחד, ביחס ישר זה לזה.
סעיף ב — החוק הראשון של התרמודינמיקה
1) החוק הראשון קובע שהחום שנמסר לגז שווה לשינוי באנרגיה הפנימית שלו ועוד העבודה שהגז מבצע:
Q = ΔU + W
Q — החום שנמסר לגז; ΔU — השינוי באנרגיה הפנימית של הגז; W — העבודה שהגז מבצע על סביבתו.
2) בתהליך איזוברי הלחץ קבוע, ולכן העבודה היא מכפלת הלחץ בשינוי הנפח:
W = P · ΔV
Q = ΔU + P · ΔV
סעיף ג — העבודה שביצע הגז
לפי משוואת המצב של גז אידאלי, בלחץ קבוע מתקיים P·ΔV = n·R·ΔT. הפרש הטמפרטורות במעלות צלזיוס שווה להפרש בקלווין:
ΔT = 80 - 20 = 60 K
W = P · ΔV = n · R · ΔT = 3 × 8.314 × 60
W ≈ 1496.5 J
שאלה 12 — תהליך דו-שלבי במישור P–V
נתונים: גז חד-אטומי · n = 1 mol · A: V = 2·10⁻³ m³, P = 2·10⁵ Pa · B: V = 5·10⁻³ m³, P = 2·10⁵ Pa · C: V = 5·10⁻³ m³ · R = 8.314 J/(K·mol)
💡
מבנה התהליך: בקטע A→B הלחץ קבוע והנפח גדל; בקטע B→C הנפח קבוע והלחץ יורד.
סעיף א — הגדרות ושם התהליך בקטע B→C
תהליך איזוכורי הוא תהליך שבו נפח הגז נשאר קבוע. תהליך איזוברי הוא תהליך שבו לחץ הגז נשאר קבוע. בקטע B→C הנפח נשאר 5·10⁻³ m³ והלחץ יורד, ולכן זהו תהליך איזוכורי.
B→C: תהליך איזוכורי
סעיף ב — הטמפרטורה בנקודה A
ממשוואת המצב של גז אידאלי:
TA = PA · VAn · R = 2×105 × 2×10-31 × 8.314 = 4008.314 = 48.11 K
TA = 48.11 - 273 = -224.89 °C
TA ≈ 48.1 K ≈ -224.9 °C
סעיף ג — העבודה שביצע הגז בקטע A→B
הקטע A→B איזוברי, ולכן העבודה היא מכפלת הלחץ בשינוי הנפח: