רכיבי מעגל בסיסיים: מקורות אידיאליים ותלויים, נגדים וחוק אוהם
פרק 2 — למידה מודרכת ותרגול מעמיק
רכיבי מעגל בסיסיים: מקורות אידיאליים ותלויים, נגדים וחוק אוהם
פרק 2 — למידה מודרכת ותרגול מעמיק
בפרק הקודם רכשנו את מושגי היסוד של שפת המעגלים: מטען, זרם, מתח, אנרגיה והספק, ולמדנו להשתמש במוסכמת הסימנים הפסיבית. אך עד כה התבוננו ברכיבים מופשטים כלליים מבלי לשאול כיצד נקבע הקשר בין הזרם הזורם דרך הרכיב לבין המתח השורר על פני הדקיו. קשר יסודי זה, המכונה משוואה מאפיינת או אפיון זרם-מתח, הוא המגדיר את זהותו הפיזיקלית של כל רכיב במעגל. בחוברת זו נכיר את אבני הבניין המרכזיות של כל מעגל אלקטרוני והנדסי: הנגד הליניארי הפסיבי וחוק אוהם המפורסם, מקורות האנרגיה האידיאליים העצמאיים, ומשפחת הרכיבים המרתקת של מקורות תלויים מבוקרים המהווים את הבסיס למידול טרנזיסטורים ומגברים.
מטרות למידה מרכזיות:
- הבנת המשמעות הפיזיקלית של התנגדות חשמלית, חוק אוהם והמשוואה המאפיינת של נגד ליניארי
- הגדרת מוליכות חשמלית ביחידות סימנס והקשר ההפוך להתנגדות
- חישוב הספק נצרך בנגד והוכחה כי נגד הוא תמיד רכיב פסיבי הצורך אנרגיה
- ניתוח מקרי הקצה של חוק אוהם: קצר אידיאלי ונתק אידיאלי במעגל
- הבנת פעולתם של מקורות עצמאיים אידיאליים למתח ולזרם ואופייני העבודה שלהם
- הבחנה בין אספקת הספק לצריכת הספק במקורות אנרגיה במעגל שלם
- שליטה בארבעת הסוגים של מקורות תלויים מבוקרים: VCVS, CCVS, VCCS, CCCS
- פתרון מעגלים המשלבים מקורות עצמאיים, מקורות תלויים ונגדים ובדיקת מאזן הספקים מלא
נגדים ליניאריים, חוק אוהם ומוליכות חשמלית
כאשר מופעל הפרש פוטנציאלים (מתח) על פני חומר מוליך, נוצר בתוכו שדה חשמלי המפעיל כוח על נושאי המטען וגורם לתנועתם. אולם האלקטרונים אינם מאיצים ללא הפרעה: הם מתנגשים שוב ושוב ביוני השריג של החומר, מאבדים אנרגיה קינטית וממירים אותה לחום. התנגדות זו לתנועת המטען נקראת התנגדות חשמלית.
ברכיבים רבים, ובפרט בנגדים מתכתיים בטמפרטורה יציבה, קיים יחס ישר מדויק בין המתח הנופל על פני הרכיב לבין הזרם החודר דרכו. יחס ישר זה נוסח על ידי גאורג אוהם ומכונה חוק אוהם:
כאשר R הוא קבוע הפרופורציה המכונה התנגדות, ונמדד באוהם. בנוסף להתנגדות, מהנדסים משתמשים לעתים קרובות בגודל ההופכי המודד את קלות זרימת המטען — מוליכות חשמלית G הנמדדת בסימנס:
במישור הצירים של מתח כפונקציה של זרם, המשוואה של חוק אוהם מתארת קו ישר העובר בראשית הצירים. שיפוע הקו הישר שווה בדיוק להתנגדות הנגד. אם הזרם מתאפס, גם המתח מתאפס בהכרח. אם כיוון הזרם מתהפך, סימן המתח מתהפך בהתאמה מלאה.