תורת חשמל א - סיום

הספר תורת החשמל נלמד במגמת מערכות בקרה ואנרגיה במקצוע המוביל מערכות חשמל.

ספר זה יוצא לאור בשיתוף פעולה של המרכז לטכנולוגיה חינוכית, בית-הספר לטכנולוגיה של האוניברסיטה הפתוחה והמרכז הפדגוגי-טכנולוגי של רשת "עמל". הספר מותאם ברמתו ובתכניו לתוכנית הלימודים החדשה ולרמת בחינות הבגרות במקצוע תורת החשמל.
הספר כולל את הנושאים הבאים: מושגי יסוד בתורת החשמל; מטענים; כוחות חשמליים; פוטנציאל ומתח חשמלי; זרם חשמלי; התנגדות ומוליכות; המעגל החשמלי וחוק אום; חוקי קירכהוף; מעגלים טוריים, מקביליים ומעורבים; ההספק החשמלי; מדידות חשמליות; כא"מ ומקורות מתח; שיטות לפתרון מעגלים; אלקטרוסטטיקה וקיבול; מטענים בתנועה, כוחות ושדות מגנטיים; התכונות המגנטיות של החומר.

התרת רשתות שיטת זרמי העניבות

נוסחאות+הסברים תורת החשמל חלק א

התרת רשתות שיטת זרמי העניבות

בשיטה זו קובעים את כיוון זרימת הזרם בכל עניבה, מרכיבים מספר משוואות כמספר העניבות ומתירים אותן.

 

לבסוף, כשיש בידינו את כל החישובים הנדרשים, נחשב את עוצמת הזרם בכל ענף כסכום או כהפרש עוצמות הזרמים בעניבות, שבהן מצוי אותו ענף.

 

נפתור את הדוגמא הקודמת באמצעות שיטת העניבות.

בשלב הראשון נסמן את כיווני הזרמים בכל עניבה כפי שמתואר להלן:

נרכיב כעת 2 משוואות:

 

E1 = I1r1 + (I1 + I2)·R

E2 = I2r2 + (I1 + I2)·R

 

נפתח את המשוואות ונקבל:

 

E1 = I1·(r1 + R) + I2R

E2 = I1R + I2(r2 + R)

 

נציב את הנתונים של המעגל ונקבל:

48 = 6I1 + 4I2

45 = 4I1 + 7I2

 

נכפול את המשוואה הראשונה ב – (2-), ואת המשוואה השניה ב – 3.

מקבלים כי I2 = 3 A .

 

נציב באחת המשוואות את השוויון  I2 = 3 A, ונקבל I1 = 6 A .

 

מכיוון ש -  I = I1 + I2  נקבל ש:  I = 9 A.

התרת רשתות שיטת תבנין

נוסחאות+הסברים תורת החשמל חלק א

התרת רשתות שיטת תבנין

שיטת תבנין: על פי שיטת תבנין, ניתן לפשט את הרשת ולהגיע למעגל תמורה שווה ערך טורי, הכולל שלושה רכיבים בלבד:

 

מקור מתח ללא התנגדות פנימית ובעל מתח UAB, השווה למתח השורר על הדקי הצרכן R בהיותו מנותק מהמעגל.

התנגדות RAB שוות ערך להתנגדות בין הנקודות A ו- B, כאשר הצרכן מנותק ומקור המתח מנותק.

הצרכן עצמו.

הנחיות לפיתרון:שלב א:מנתקים את הנגד דרכו רוצים למצוא זרם.

שלב ב:מחשבים את Uab

שלב ג:מחשבים את ההתנגדות Rab כאשר מקצרים את כול המקורות

שלב ד:מחשבים את הזרם

פרק י'א:המרת אנרגיה

נוסחאות+הסברים תורת החשמל חלק א

פרק י'א:המרת אנרגיה

המרת אנרגיה:חוק שימור אנרגיה:אנרגיה לא באה מעין ולא הולכת לאיבוד פושאת צורה ולובשת צורה.

אנרגיה עבודה והספק מכנים-אנרגיה מכנית מבטאת את היכולת לבצע עבודה מכנית.זהו כוח מניע גוף לאורך דרך בזמן מסוים.

עבודה מכנית W נמצאת ביחס ישר למשקל הגוף (לכוח F שפרים להניע את הגוף.דרך את שלאורכה מונע הגוף 

פרק י:חיבור תאים ומקורות מתח

נוסחאות+הסברים תורת החשמל חלק א

פרק י:חיבור תאים ומקורות מתח 

חיבור תאים ומקורות מתח:כא"מ(כוח אלקטרו מניע)-זהו המתח שמתקבל מסוללה בעלת התנגדות פנימית כא"מ מסמנים באות E והיחידות w  התנגדות פנימית מסמנים באות r  והיחידות אום  מכאן נובע כי קיים מפל מתח בסוללה עצמה מה שיוצר מצב בו המתח המסופק למעלה U ישווה לכא"מ פחות מפל המתח הפנימי.

נוסחאות+הסברים תורת החשמל חלק א

פרק ט:מעגל מעורב

מעגל מעורב: כשמו כן הוא המעגל המעורב בחלקו טורי ובחלקו מקבילי הטורים פועלים עפ"י חוקי המעגל והחלקים המקבילים פועלים עפ"י כול חלקי המעגל המקבילי.

דוגמא למעגל מעורב:

פרק ח:מעגל טורי

נוסחאות+הסברים תורת החשמל חלק א

פרק ח:מעגל טורי 

מעגל טורי: המעגל הטורי מזוהה באופן שבו הנגד הראשון מחובר להדק החיובי והנגד האחרון מחובר להדק השלילי

*-חיבור זה יוצר מצב שבו אחד הנגדים לא פועל כול המערכת לא פועל המעגל הטורי בניגדו למעגל המקבילי,התנגדותו גדלה ככול שנוסיף הגד למערכת.

*-עפ"י נתוני המערכת הטורים אנו רואים כי הזרם שווה בכול המעגל ואילו המתח מתפצל מתחלק עפ"י החוק השני של קירחהוף סכום מפלי המתח שווים למתח המקור.

הספק:

P=Y*I

P=I2*R

זרם:

מתח:

U=U1+U2+U3

U=I*RT

התנגדות:

RT=R1+R2+R3.... כללית

RT=R1*N עבור נגדים שווים

פרק ז:מעגל מקבילי

נוסחאות+הסברים תורת החשמל חלק א

פרק ז:מעגל מקבילי 

מעגל מקבילי: מעגל מקבילי-מזוהה כאשר כול צרכני המערכת מקבילים בקצה אחד פוטנציאל חיובי ובקצה השני פוטנציאל שלילי מרבית המערכות החשמליות מחוברות בחיבור מקבלי זאת מאחר במקרה של הפסקת עבודה של אחד הצרכנים,הצרכנים ימשיכו לפעול במערכת מקבלית המתח שווה בכול המעגל ואילו הזרם מתחלק ביון הצרכנים עפ"י גודלם במערכת מקבילית ככל שנוסיף נגד למערכת ההתנגדות הכללית תרד ובכול מקרה היא תיהיה יותר קטנה מהנגד בעל ההתנגדות הקטנה ביותר במערכת.

הספק:

P=Y*I

P=I2*R

זרם:

IT=I1+I2+I3

מתח:

UT=RT*IT

U1=R1*I1

התנגדות:

כללית

שני נגדים

נגדים שווים

פרק ו:אנרגיה והספק

נוסחאות+הסברים תורת החשמל חלק א

פרק ו:אנרגיה והספק

אנרגיה והספק: אנרגיה חשמלית היא היכולת לבצע עבודה חשמלית,אנרגיה חשמלית מסמנים באות W והיחידות J  

W=UIT

W=UQ

הספק חשמלי: הוא למעשה מימוש האנרגיה הספק חשמלי נהוג לסמן באות P והיחידות W

P=U*I

P=I2*R

פרק ה:חוק אום

נוסחאות+הסברים תורת החשמל חלק א

פרק ה:חוק אום

חוק אום: הפיזקאי גיאורגי סימון אום חקר את הקשר בין מתח,זרם,והתנגדות.

במחקרו גילה כי הזרם נמצא ביחס ישר למתח,וביחס הפוך להתנגדות.

U מתח חשמלי (V)

I זרם חשמלי  (A)

R התנגדות חשמלית 

פרק ד:מתח חשמלי

נוסחאות+הסברים תורת החשמל חלק א

פרק ד:מתח חשמלי

מתח חשמלי:מתח חשמלי נהוג לסמן באות U והיחידות (V).

מתח חשמלי הוא הגורם המאלץ את האלקטרונים לנוע באורכו של מוליך ועל כן שמו הוא הגורם המאלץ,מתח חשמלי ייקרא גם הפרש פוטנציאלי.זהו הפרש בין המטען החיובי לבין המטען השלילי.מתח חשמלי מתח חשמלי ניתן להמיר באופניים שונים כגון:ניצול זהמת מים בנהרות,ניצול משאבי רוח,ניצול אנרגית השמש,ניצול חומרים דליקים כגון:פחם,מזות,בנזין.

המתח החשמלי מתקבל מהאביזרים הבאים:סוללה,מצבר,דינמו,תחנת-כוח,וכד..

פרק ב:זרם חשמלי

נוסחאות+הסברים תורת חשמל חלק א

פרק ב:זרם חשמלי

זרם חשמלי: הוא תנועה מכוונת הוא מסודרת של אלקטרונים חופשיים לאורכו של מוליך.

זרם חשמלי נהוג לסמן באות I והיחידות A על מנת שיזרום זרם חשמלי חייבים להתקיים 2 תנאים:

א-גורם מאלץ מקור מתח.

ב-מעגל סגור.

עוצמת זרם חשמלי:

(A) זרם חשמלי I

(C) זרם חשמלי Q

(sec) זרם חשמלי t

מדידת זרם חשמלי:זרם חשמלי מודדים באמצעות מד-זרם אמפר-מטר יש להקפיד שבזמן המדידה

יבחר האמפר מטר לזרם ישר הוא לזרם חילופי

סוגי זרם חשמלי:זרם ישר זהו זרם שלא משנה לו את גודלו ולא את כיוונו(קבוע)כגון:סוללה,מצבר.

זרם חילופי הוא זרם שמשנה את גודלו ואת כיוונו כפונקציה של זמן (כול תחנות הכוח)

שימושי זרם:למעשה זרם חשמלי הוא תנועת האלקטרונים של ביצוע כמעט כול עבודה שקשורה למהלך חיינו:חימום,קירור,תאורה.