מעגלים חשמליים הם חלק בלתי נפרד מחיי היומיום שלנו. כל מוצר חשמלי – מקומקום חשמלי פשוט ועד למחשבים המורכבים ביותר – מכילים מעגלים. כל המעגלים החשמליים מצייתים לאותם חוקים פיסיקליים ופועלים על פי אותם העקרונות. ביישומון שלפנינו תוכלו להתנסות בבניית מעגל חשמלי פשוט המבוסס על זרם ישר (כמו בסוללה) עם הרכיבים הבסיסיים ביותר. לצפייה ביישומון לחצו על התמונה ופתחו את הקובץ המקושר (יישומון ג'אווה).
היישומון הופק במסגרת פרויקט PhET של אוניברסיטת קולורדו
להורדת היישומון ולהרצתו על המחשב לחצו כאן
אם אינכם מצליחים להעלות את היישומון, התקינו את תוכנת Javaweb. לחצו כאן והתקינו לפי ההוראות.
כל מעגל חייב להכיל שלושה רכיבים בסיסיים שבלעדיהם הוא לא יוכל לעבוד: תיל (חוט חשמל), מקור מתח (סוללה) ונגד. ביישומון הזה תוכלו להתנסות בבניית מעגל חשמלי בסיסי של מקור מתח ישר (DC) ושל נגד. העבודה עם היישומון הזה פשוטה להפליא – יש לגרור את הרכיבים הרצויים ולחבר אותם לרכיב הקודם. כאשר תסגרו מעגל תראו זרם חשמלי (נקודות כחולות נעות). קיימת גם אפשרות למדוד את הזרם ואת המתח בכל נקודה.
נתחיל בהגדרת הרכיבים ומושגי היסוד:
מקור מתח ישר: מקור שמייצר הפרש פוטנציאל (מתח) חשמלי אחיד וקבוע הן בכיוון והן בגודל, בין שני הדקיו. בחיי היומיום אנו משתמשים במקורות מתח כאלה בסוללות.
תיל: חוט מוליך חשמל בעל התנגדות זניחה. לרוב הוא עשוי מנחושת.
נגד: רכיב חשמלי שמוריד את הזרם או המתח במעגל (על פי חוק אוהם), וכך מונע קצר חשמלי. בדרך כלל נגד ממיר אנרגיה חשמלית לאנרגית חום. גופי חימום רבים הם למעשה נגד פשוט שמחובר למקור המתח. לכל רכיב חשמלי ישנה התנגדות מסוימת (גם לתיל), ודרושה התנגדות מינימלית כדי למנוע קצר.
אם המושגים החשמליים הבסיסיים "זרם", "מתח" ו"התנגדות" אינם ברורים לכם, נסו לדמיין את המעגל החשמלי כנהר. מקור המתח הוא מעין משאבת מים שמושקעת בה אנרגיה כדי להזרים לנהר מים בקצב קבוע, ומשם המים זורמים במורד הנהר. נגד הוא סכר או מכשול טבעי שהמים נאלצים לעבור והוא מאט את זרימתם. גם לגדות הנהר יש התנגדות טבעית משלהם (התנגדות התיל). הזרם החשמלי מקביל באנלוגיה הזאת לזרם המים והמתח החשמלי מקביל להפרש באנרגיה הפוטנציאלית של המים בשתי נקודות.
שימו לב שקיימים הבדלים בין מעגל טורי למעגל מקבילי. נסו לדמיין מדוע ההבדלים הללו מתקיימים ומה גורם לחשמל או למים להתנהג בצורה זו.
למתחילים אנו ממליצים לבנות מעגל בסיסי של סוללה-תיל-נגד בחיבור טורי. במעגל הזה ההתנגדות קבועה, ועל כן אפשר לחשב אותה בקלות על פי הזרם והמתח בהתאם לחוק אוהם (V=I*R). נסו למדוד את המתח ואת הזרם בנקודות שונות במעגל וראו איך הם משתנים. הוסיפו והסירו רכיבים ותראו איך זה משפיע על הזרם ועל המתח.
שימו לב שאפשר לשנות את ההתנגדות של הנגד בקליק ימני של העכבר, ובאותו אופן לשנות גם את המאפיינים של מקור המתח. נסו לבנות מעגל ללא נגד, ולשחק עם התנגדות התיל (מתקדם – הצג). מה קורה כשההתנגדות הכללית במעגל אפסית?
בהמשך נסו לבנות מעגל מקבילי ובדקו את השתנות המתח והזרם בחלקים שונים של הענפים השונים של המעגל. נסו לחשב ולאפיין את ההתנגדות במעגל כזה. מה קורה כשההתנגדות באחד הענפים אפסית?
כשתרגישו שאתם שולטים ביישומון אתם מוזמנים לעבור ליישומון איך בנוי מעגל חשמלי (מתקדמים).
ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
