מעגלי DC

כוח חשמלי ופוטנציאל

הכוח החשמלי (e.m.f.) $\varepsilon$ של מקור הוא האנרגיה המועברת לכל יחידת מטען על ידי המקור כאשר הוא מניע את המטען במעגל מלא. יחידה: וולט.

ההפרש הפוטנציאל (p.d.) על פני רכיב הוא האנרגיה שמשתנה מחשמל לצורות אחרות על ידי כל יחידת מטען כאשר היא עוברת דרך הרכיב.

שניהם בוולטים; הם נבדלים בכיוון העברת האנרגיה:

• כוח חשמלי — אנרגיה המוזרקת לתוך המעגל על ידי המקור (כימי → חשמלי בסוללה, מכני → חשמלי בגנרטור).
• הפרש פוטנציאל — אנרגיה הנלקחת מהצורה החשמלית (חשמלי → תרמי במנגנון התנגדות, → אור במנורה, → קינטי במנוע).

ניסוח המבחן קבוע. כוח חשמלי הוא "האנרגיה המועברת לכל יחידת מטען על ידי המקור בהנעת מטען במעגל מלא"; הפרש פוטנציאל הוא "האנרגיה המועברת לכל יחידת מטען מהצורה החשמלית לצורות אחרות". שניהם אנרגיה ליחידת מטען, ולכן הוולט הוא ג'ול לקולון ($1\ \text{V} = 1\ \text{J C}^{-1}$). טיעונים שנכונים תמיד לגבי מקור: הכוח החשמלי הוא הפרש הפוטנציאל הקצה כאשר אין זרם; האנרגיה הכוללת שמקור נותן למטען $Q$ היא $\varepsilon Q$. השם הוא מלכודת: כוח חשמלי אינו כוח ואינו נמדד בניוטון.

דוגמה מופתרת. תא בעל כוח חשמלי $\varepsilon$ והתנגדות פנימית $r$ מניע מטען $Q$ במעגל שבו הפרש הפוטנציאל הקצה הוא $V$. השוו את האנרגיה המועברת על ידי התא עם האנרגיה המפורסת בחיצוניות.

התא מעביר $\varepsilon Q$ בסך הכל; המעגל החיצוני מקבל $VQ$. מכיוון ש$V = \varepsilon - Ir < \varepsilon$ בכל פעם שזרם זורם, $VQ < \varepsilon Q$ — ההפרש $(\varepsilon - V)Q = IrQ$ הוא האנרגיה שהוסבה לחום בתוך התא.

במעבדה לעיתים קרובות בונים מעגל על לוח ניסויים (לוח עם שורות חורים המחברים רכיבים ללא הלחמה) ומודדים זרמים והפרשי פוטנציאל עם מולטימטר.

התנגדות פנימית

למקור אמיתי יש התנגדות פנימית $r$ — בדרך כלל ההתנגדות של האלקטרוליט בתא, או סלילי החוט בגנרטור. כאשר זרם $I$ זורם, הפרש פוטנציאל פנימי של $Ir$ "אבוד" בתוך המקור, ולכן הפרש הפוטנציאל הקצה על פני המעגל החיצוני הוא

לכן:

• אין זרם (מסעפת פתוחה, $I = 0$): המתח בקצוות שווה לכוח החשמלי.
• זרם גדול: המתח בקצוות יורד.
• קצר חשמלי ($R_{\text{external}} \to 0$): $I = \varepsilon / r$, זרם גדול, עם הפיכת כל האנרגיה לחום בתוך המקור.

כדי למדוד $r$, לשנות את ההתנגדות החיצונית ולשרטט גרף של $V_{\text{terminal}}$ מול $I$: הקו יציג נקודת חיתוך עם ציר $y$ בערך $\varepsilon$ ומדרגה $-r$.

דוגמה מופתרת. תא בעל כוח חשמלי $1.5\ \text{V}$ והתנגדות פנימית $0.50\ \Omega$ מחובר לנגד $2.5\ \Omega$. מצאו את הזרם ואת המתח בקצוות.

הכוח החשמלי מניע את הזרם דרך שתי ההתנגדויות: $I = \dfrac{\varepsilon}{R + r} = \dfrac{1.5}{2.5 + 0.50} = 0.50\ \text{A}$. ולאחר מכן

מעגל למדידת הכוח החשמלי וההתנגדות הפנימית של תא,

ההספק המסופק למטען החיצוני הוא $P_{\text{ext}} = (\varepsilon - Ir) I$; ההספק האבוד בתוך המקור הוא $P_{\text{int}} = I^{2} r$; הספק כולל מהמקור הוא $\varepsilon I$.

היעילות של המקור היא $\dfrac{P_{\text{ext}}}{\varepsilon I} = \dfrac{VI}{\varepsilon I} = \dfrac{V}{\varepsilon} = \dfrac{R}{R + r}$: התנגדות מטען גדולה מבזבזת מעט אנרגיה בתוך המקור.

דוגמה מופתרת. תא בעל כוח חשמלי $2.0\ \text{V}$ והתנגדות פנימית $0.40\ \Omega$ מניע זרם של $1.5\ \text{A}$ דרך חוט. הוכיחו שהמתח בקצוות הוא $1.4\ \text{V}$ ומצאו את אחוז היעילות שבו התא מספק הספק לחוט.

$V = \varepsilon - Ir = 2.0 - 1.5 \times 0.40 = 2.0 - 0.60 = 1.40\ \text{V}$. הספק לחוט $= VI = 1.4 \times 1.5 = 2.1\ \text{W}$; הספק כולל מהתא $= \varepsilon I = 2.0 \times 1.5 = 3.0\ \text{W}$. יעילות $= 2.1 / 3.0 = 0.70$, כלומר $70\%$. בשאלת "הוכיחו", יש לכתוב כל שלב ואת הערך המלא ($1.40\ \text{V}$) לפני הערך שנתון לשאלה.

כשהמעגל החיצוני משתנה, ניתחו באמצעות הזרם. סגירת מתג שמוסיף נגד שני במקביל מורידה את ההתנגדות החיצונית הכוללת, ולכן הזרם בתא עולה, ה"וולטים אבודים" הפנימיים $Ir$ עולים, והמתח בקצוות $\varepsilon - Ir$ יורד; המתח על הנגד המקורי (שהוא המתח בקצוות) לכן יורד, וגם הזרם שלו יורד, למרות שהזרם בתא עלה. הרצף הזה — התנגדות → זרם בתא → $Ir$ → מתח בקצוות — הוא התשובה המדגמית עבור כמעט כל שאלת "ציינו והסבירו את ההשפעה" בנושא זה.

חיבור תאים ביחד. בסדרה, הכוחות החשמליים מתחברים וההתנגדויות הפנימיות מתחברות: שלושה תאים בעל כוח חשמלי $\varepsilon$ והתנגדות פנימית $r$ נותנים $3\varepsilon$ ו$3r$. תא מחובר בכיוון הלא נכון מחשב את הכוח החשמלי שלו (עשר תאים $1.5\ \text{V}$ עם אחד הפוך נותנים $8 \times 1.5 = 12\ \text{V}$). תאים זהים במקביל נותנים אותו כוח חשמלי $\varepsilon$ אך עם התנגדות פנימית קטנה יותר $r/N$, ולכן יכולים לספק זרם גדול יותר.

סימולי מעגלים

עליך לזהות ולשרטט את הסמלים הסטנדרטיים בתוכנית הלימודים: תא, סוללה, מתג, נגד, נגד משתנה, אמפרמטר, וולטמטר, מנורה, דיודה (וגם LED), קבל, קויל, תרמיסטור, נגד תלוי-אור, פיוז, הארקה, צומת. אמפרמטר אידיאלי בעל התנגדות אפס ומוכנס ב-סדר. וולטמטר אידיאלי בעל התנגדות אינסופית ומוכנס ב-מקביל.

שרטוט תרשים מעגל. נקודות נשללות על סמלים, לא על פיזיקה. השתמש בקווים ישרים עם סרגל ובסמלים סטנדרטיים; אמפרמטר מוצב בסדר עם רכיב הזרם שהוא מודד, ווולטמטר במקביל (מעבר) לרכיב שהמתח הוא מודד; תא עם התנגדות פנימית מורטם כתא אידיאלי בסדר עם נגד $r$; ונגד משתנה יכול לשמש בשתי דרכים, כפי שמוצג למטה. שאלת "השלם את תרשים המעגל" בדרך כלל דורשת בדיוק את סידור המדידה הזה: מקור, אמפרמטר ונגד משתנה במעגל סדר אחד, ווולטמטר מעבר לרכיב הנבדק.

סמלים למכשירי שמע

גביע ופעמון חשמלי ממירים אנרגיה חשמלית לקול; רמקול ממיר אות חשמלי משתנה לקול; מיקרופון ממיר קול לאות חשמלי משתנה. למדו את היציגים והחיבורים הייחודיים שלהם. הסמל בצורת כוס עם פס שטוח בשורה העליונה ושני מוליכים הוא הגביע המשמש בבחינות AS; תפקידו של מכשיר לבדו אינו מזוהה את הסמל.

החוק הראשון (חוק הצומת)

בכל צומת, סה"כ הזרם הנכנס שווה לסה"כ הזרם היוצא. הדבר נובע משימור המטען — מטען לא יכול להצטבר בנקודה במעגל זרם יציב, כך שמטען שנכנס לשנייה שווה למטען היוצא לשנייה.

לצומת עם שלושה חוטים: $I_{1} = I_{2} + I_{3}$ אם הזרמים 2 ו-3 יוצאים והזרם 1 נכנס.

שתי דרכים שהבוחן שואל אותה: "הצהר את החוק" (סימן אחד: סה"כ הזרמים נכנסים לצומת שווה לסה"כ הזרמים יוצאים ממנו) ו"הצהר את חוק השימור העומד מאחוריו" (מטען). אל תענה "אנרגיה" לחוק הראשון או "מטען" לחוק השני — השילוב נבדק בכמעט בכל נייר 1.

החוק השני (חוק הלולאה)

סביב כל לולאה סגורה, סה"כ ה-e.m.f. שווה לסה"כ המתח מעבר לרכיבים בלולאה זו. הדבר נובע משימור האנרגיה: כאשר יחידת מטען עובר פעם אחת סביב לולאה, האנרגיה שהיא מקבלת ממקורות שווה לאנרגיה שהיא משחררת לרכיבים.

בחר כיוון סביב הלולאה. קח e.m.f. כחיובי כאשר כיוון הלולאה הולך מ-− ל-+ של המקור, וקח מתח כחיובי כאשר כיוון הלולאה הוא כיוון הזרם המסורתי דרך הנגד.

בסמלים, סביב כל לולאה סגורה $\sum \varepsilon = \sum IR$. מקור שעוברת ממנו מ$+$ ל$-$ נחשב ל-e.m.f. שלילי (הוא נטען, או נגד למקור האחר), ונגד שעוברת מולו נגד הזרם נחשב ל-מתח שלילי.

דוגמה פותרת. שתי סוללות נמצאות במעגל אחד עם ה-e.m.f.s שלהן הפוכים: $12.0\ \text{V}$ עם התנגדות פנימית $1.0\ \Omega$, ו$8.0\ \text{V}$ עם התנגדות פנימית $0.50\ \Omega$. מצא את הזרם.

בעת מעבר סביב הלולאה, ה-e.m.f. הנטו היא $12.0 - 8.0 = 4.0\ \text{V}$ וההתנגדות הכוללת היא $1.0 + 0.50 = 1.5\ \Omega$ (ההתנגדויות הפנימיות הן בסדר), לכן $I = 4.0 / 1.5 = 2.7\ \text{A}$. הזרם זורם בכיוון שמופעל על ידי ה-e.m.f. הגדולה.

חיבור נגדים

נגדים בסדרה. מסקנה באמצעות חוקי קירכוף: אין צומת בין הנגדים, ולכן לפי החוק הראשון אותה זרם $I$ עובר דרך כל אחד מהם. לפי החוק השני, הכוח החשמלי הכולל בלולאה שווה לסכום ההפרשי בפוטנציאל:

ולכן $R_{\text{series}} = R_{1} + R_{2} + \ldots$.

נגדים במקביל. מסקנה: לפי החוק השני, כל נגד יוצר לולאה משלושה עם המקור, ולכן לכל אחד מהם אותו הפרש פוטנציאל $V$ עליו. לפי החוק הראשון, הזרם הנכנס לצומת שווה לסכום זרמי הענפים:

ולכן $\dfrac{1}{R_{\text{parallel}}} = \dfrac{1}{R_{1}} + \dfrac{1}{R_{2}} + \ldots$.

שני נגדים שווים $R$ במקביל נותנים $R/2$; $N$ שווים נותנים $R/N$. ערכה מקבילה היא תמיד קטנה מכל אחד מהנגדים שלה; ערכה בסדר היא תמיד גדולה יותר.

דוגמה מפורטת. נגד בערך $4.0\ \Omega$ ונגד בערך $12\ \Omega$ מחוברים במקביל. מצאו את התנגדותם המשולבת.

רשתות נגדים והספק

צמצמו רשת מעורבת צעד אחר צעד: החליפו כל סדרת נגדים בסכום שלהם וכל זוג נגדים במקביל ב-$\dfrac{R_{1}R_{2}}{R_{1} + R_{2}}$ (הצורה "מכפלה חלוקת סכום", תקפה רק לשני נגדים), איירתו מחדש, וחזרו על הפעולה עד שנותר נגד יחיד. שני כללים קובעים איזה נגד מפזר את ההספק הרב ביותר ללא ביצוע חישובים: רכיבים המעבירים אותו זרם מפזרים יותר בתנגדות הגבוהה ($P = I^{2}R$); רכיבים עם אותו הפרש פוטנציאל מפזרים יותר בתנגדות הנמוכה ($P = V^{2}/R$). בשילוב סדרתי-מקביל, הנגד היחיד שמעביר את כל הזרם מפזר בדרך כלל את ההספק הרב ביותר, מכיוון שענף מקביל מעביר רק חלק ממנו.

דוגמה מפורטת. שלושה נגדים, כל אחד בערך תנגדות $R$, מחוברים כך ששניים מהם בסדרה והזוג מחובר במקביל לשלישי. התנגדות הכוללת בין הקצוות היא $8.0\ \Omega$. מצאו $R$.

הזוג בסדרה הוא $2R$; במקביל ל-$R$: $R_{\text{T}} = \dfrac{2R \times R}{2R + R} = \dfrac{2R}{3}$. לכן $\dfrac{2R}{3} = 8.0$, מה שמניב $R = 12\ \Omega$. בדיקה: הנגד היחיד $R$ מעביר פי שניים מזרם הזוג (אותו הפרש פוטנציאל, חצי מהתנגדות), ולכן הוא מפזר את ההספק הרב ביותר.

פתרון מעגל חשמלי

1. תוויתו כל זרם בסמל וכיוון שנבחר.
2. השתמשו ב-חוק ראשון של קירכוף בכל צומת כדי לקשר את הזרמים.
3. השתמשו ב-חוק השני של קירכוף סביב כל לולאה כדי לקבל משוואות בהפרשי פוטנציאל.
4. השתמשו ב-$V = IR$ עבור כל נגד.
5. פתרו את המשוואות יחד.

רשתות נגדים סימטריות: השתמשו בסימטריה כדי לזהות ענפים עם זרמים שווים — הענף עם הזרם הגדול ביותר מפיץ את ההספק הגבוה ביותר ($P = I^{2}R$).

דוגמה מופעלת. במעגל למעלה $\varepsilon = 12\ \text{V}$ (התנגדות פנימית זניחה), $R_{1} = 2.0\ \Omega$, $R_{2} = 6.0\ \Omega$ ו$R_{3} = 3.0\ \Omega$. מצאו את שלושת הזרמים.

שיטת קירשוף. נקודה: $I_{1} = I_{2} + I_{3}$. לולאה 1 (דרך $\varepsilon$, $R_{1}$, $R_{2}$): $12 = 2.0 I_{1} + 6.0 I_{2}$. לולאה 2 (דרך $R_{2}$ ו$R_{3}$, ללא מקור): $0 = 6.0 I_{2} - 3.0 I_{3}$, ולכן $I_{3} = 2 I_{2}$. לאחר מכן $I_{1} = 3 I_{2}$ ו$12 = 6.0 I_{2} + 6.0 I_{2}$, מה שמניב $I_{2} = 1.0\ \text{A}$, $I_{3} = 2.0\ \text{A}$ ו$I_{1} = 3.0\ \text{A}$.

בדיקת הפחתה. $6.0\ \Omega$ ו$3.0\ \Omega$ במקביל נותנים $2.0\ \Omega$; יחד עם $R_{1}$ הכולל הוא $4.0\ \Omega$, ולכן $I_{1} = 12 / 4.0 = 3.0\ \text{A}$ והמתח על צמד המקבילים הוא $3.0 \times 2.0 = 6.0\ \text{V}$, מה שמניב $I_{2} = 6.0/6.0 = 1.0\ \text{A}$ ו$I_{3} = 6.0/3.0 = 2.0\ \text{A}$. שתי השיטות חייבות לתת תוצאה זהה; תשובה שלילית לזרם פשוט אומרת שניחחתי את כיוונו בצורה שגויה.

מחלקת מתח היא שני (או יותר) נגדים בסדרה על גבי מקור. המתח על כל נגד הוא ביחס ישיר להתנגדותו:

היציאה (מוצאת בין $R_{1}$ ל$R_{2}$) ניתנת לכיווון לכל מתח בין $0$ ל$V_{\text{in}}$ על ידי בחירת התנגדויות. פוטנציאומטר המשמש עם כל שלושה מחבריו (מחליק על מסלול בעל התנגדות אחידה) נותן מחלקת מתח משתנה בצורה חלקה; אותו רכיב עם רק שני מחברים הוא רהוסטט, המשרה שינוי בזרם בלבד.

דוגמה מופעלת. מקור מתח של $6.0\ \text{V}$ מחובר על גבי נגד של $2.0\ \text{k}\Omega$ בסדרה עם נגד של $4.0\ \text{k}\Omega$. מצאו את מתח היציאה המוצא על גבי נגד ה$4.0\ \text{k}\Omega$.

אותה תשובה מגיעה גם בדרך הזרם-תחילה שהפתרון הקריטריוני לעיתים קרובות מציג: $I = V_{\text{in}} / (R_{1} + R_{2}) = 6.0 / 6000 = 1.0\ \text{mA}$, ולאחר מכן $V_{2} = I R_{2} = 1.0 \times 10^{-3} \times 4000 = 4.0\ \text{V}$. שתי השלכות שחשוב לזכור: הנגד הגדול ביותר לוקח את החלק הגדול ביותר מהמתח; ונוסחת היחס תקפה רק כאשר אינו נשאר זרם מהיציאה — עומס (או וולטמטר בעל התנגדות נמוכה) במקביל ל$R_{2}$ מוריד את ההתנגדות האפקטיבית של $R_{2}$ ולכן מוריד את $V_{2}$.

מעגלי חיישנים

החליפו נגד קבוע אחד ב-חיישן שבהתנגדותו משתנה לפי גודל פיזיקלי:

• תרמיסטור (NTC): $R$ יורד ככל שהטמפרטורה עולה. במחלקת מתח, מתח היציאה משתנה עם הטמפרטורה בכיוון קבוע.
• נגד תלוי תאורה (LDR): $R$ יורד ככל שהעוצמת תאורה עולה, ומניב יציאה תלויה בתאורה.

חברו את היציאה לבסיס טרנזיסטור או למשווה כדי להפעיל או לכבות עומס כאשר הטמפרטורה או התאורה עוברים סף.

אילו כיוון הולך המתח? ניתן לקבל את המתח על פני החיישן או על פני הנגד הקבוע, והשתי אפשרויות מגיבות בכיוונים הפוכים. נסבירו באמצעות הזרם, בסדר זה, וקבלתם את התשובה המלאה בשלושה נקודות:

1. האור מתבהיר (או הטמפרטורה עולה), ולכן ההתנגדות של LDR (או תרמיסטור) יורדת;
2. ההתנגדות הכוללת של המעגל הסריי מסתמך, ולכן הזרם עולה ($I = \varepsilon / R_{\text{total}}$);
3. מתח הפotenial על פני הנגד הקבוע $= IR$ עולה, ולכן המתח על פני החיישן $= \varepsilon - IR$ יורד.

כלומר, מתח יציאה על פני הנגד הקבוע עולה עם האור או הטמפרטורה; מתח יציאה על פני החיישן יורד. אם למקור יש התנגדות פנימית, יש להוסיף קישור נוסף: הזרם הגדול גם מגביר $Ir$, ולכן מתח המפגשים יורד מעט.

דוגמה מופיעה. סוללה בעלת e.m.f. $9.0\ \text{V}$ והתנגדות פנימית זניחה מחוברת בסרייה עם LDR ו**$1200\ \Omega$** נגד. באור ה-LDR בעל התנגדות של $1800\ \Omega$. חשבו את מתח הפotenial על פני ה-LDR, וציינו וסברו מה קורה לו כאשר עוצמת האור יורדת.

$V_{\text{LDR}} = 9.0 \times \dfrac{1800}{1800 + 1200} = 5.4\ \text{V}$. פחות אור → ההתנגדות של ה-LDR עולה → ההתנגדות הכוללת עולה והזרם יורד → מתח הפotenial על פני ה**$1200\ \Omega$** נגד ($IR$) יורד → מתח הפotenial על פני ה-LDR ($9.0 - IR$) עולה.

דוגמה מופיעה. תרמיסטור בסרייה עם $5800\ \Omega$ נגד על פני מקור $6.0\ \text{V}$ נותן מתח של $2.9\ \text{V}$ על פני הנגד. מצאו את ההתנגדות של התרמיסטור.

זרם $= 2.9 / 5800 = 5.0 \times 10^{-4}\ \text{A}$. התרמיסטור לוקח את ה**$6.0 - 2.9 = 3.1\ \text{V}$** שנותר, כך ש**$R = 3.1 / (5.0 \times 10^{-4}) = 6200\ \Omega$** (או, ביחס, $R = 5800 \times 3.1/2.9$).

פוטנציומטר ושיטה אפסית

פוטנציומטר הוא חוט עומת אחיד באורך $L_{0}$ עם מגע החלקה (ג'וקי). העומת ליחידת אורך הוא אחיד, ולכן המתח מקצה אחד לג'וקי פרופורציונלי לאורך:

כדי להשוות שני e.m.f.s (תא בלתי ידוע מול ת תקן), חברו כל אחד בתור עם הג'וקי דרך גלוואנומטר. גלשו את הג'וקי עד שהגלוואנומטר מראה אפס (אפס – אין זרם הולך בתוך התא הנמדד, כי המתח בפוטנציומטר שם מתנגד בדיוק ל-e.m.f. של התא). אורך האיזון – אורך החוט מקצה ועד הג'וקי במצב איזון – פרופורציונלי ל-e.m.f. הנמדד, ולכן שני האורכים ביחס של ה-e.m.f.s:

זוהי שיטה אפסית: מוצאים את האיזון (זרם אפס) במקום למדוד ערך של זרם. היתרון שלה הוא שבאיזון התא הבלתי ידוע לא מספק זרם, ולכן ההתנגדות הפנימית שלו אינה משפיעה על התוצאה.

מדוע השיטה האפסית טובה יותר מוולטמטר. במאזן אין זרימת זרם מהתא הנמדד, ולכן אין ירידת $Ir$ בתוכו: נקודת המאזן מודדת את ה-e.m.f., ולא את הפרש הפוטנציאל בקצוות. לוולטמטר יש תמיד זרימת זרם מסוימת, ולכן הוא מראה ערך מעט קטן מה-e.m.f.

קריאת נקודת האיזון. המתח ליחידת אורך בחוט קבוע על ידי התא הנהג ועומת החוט. כל גורם הגורם למתח שנמדד להיות גדול יותר מזיז את נקודת האיזון רחוק יותר לאורך החוט; כל גורם הגורם למתח ליחידת אורך להיות גדול יותר (תא נהג עם קיבוע חשמלי גדול יותר, או חוט שמייצג חלק גדול יותר מהמתח של התא) גורם לאורך האיזון להיות קצר יותר. החלפת החוט בחוט באותו אורך אך קוטר גדול יותר מפחיתה את עומתו ($R = \rho L / A$): אם לתא הנהג עומת פנימי זניח ואין דברים אחרים בסדר, המתח על החוט נשאר הקיבוע החשמלי המלא ואורך האיזון אינו זז; אם לתא יש עומת פנימי או נגד בסדר, חלק החוט מהקיבוע החשמלי יורד, המתח למטר יורד, ואורך האיזון גדל. ציין באילו מצב אתה נמצא.

דוגמה מפורשת. חוט פוטנציומטר XY באורך $2.0\ \text{m}$ נושא מתח של $1.50\ \text{V}$. תא בקיבוע חשמלי $E$ מאוזן כאשר הג'וקי נמצא ב$1.6\ \text{m}$ מ-X. מצאו $E$, ופרטו מה קורה לאורך האיזון אם התא הנהג מוחלף בתא בעל קיבוע חשמלי גדול יותר.

$E = 1.50 \times \dfrac{1.6}{2.0} = 1.2\ \text{V}$. קיבוע חשמלי גדול יותר לתא הנהג נותן מתח גדול יותר למטר, ולכן אותו $1.2\ \text{V}$ מושג באורך קצר יותר: הג'וקי צריך להזיז לכיוון X.

שאלת הגדרה מוקדמת לפי טקסט קבוע. לימודן במדויק, ותן תשובה אחת בלבד.

• יישום חוקי קירכוף: זרם נכנס לנקודת חיבור $=$ זרם יוצא (שימור מטען); $\sum \text{e.m.f.} = \sum \text{p.d.}$ סביב לולאה (שימור אנרגיה). ציין את החוק שאתה משתמש בו כששאלה אומרת "השתמש בחוקי קירכוף".
• שילוב התנגדויות: סדרתי $R = R_1 + R_2$; מקביל $1/R = 1/R_1 + 1/R_2$. שילוב מקביל הוא תמיד קטן מההתנגדות הקטנה ביותר שלו.
• מחלק מתח מחלק מתח ביחס ההתנגדויות; ההתנגדות הגדולה יותר לוקחת את הפרש המתח הגדול יותר.
• כלול התנגדות פנימית: $\text{e.m.f.} = I(R + r)$ — ה"מתח האבוד" הוא $Ir$. כאשר המעגל משתנה, הסבר התנגדות → זרם בתא → $Ir$ → פרש מתח בקצוות.
• "התנגדות פנימית זניחה" פירושה שפרש המתח בקצוות הוא הכוח החשמלי, ללא קשר לזרם. חפש את הביטוי לפני שמתחיל.
• קריאת גרף $V$–$I$ של מקור כ$V = \varepsilon - Ir$: נקודת חיתוך $\varepsilon$, שיפוע $-r$, והזרם ב$V = 0$ הוא הזרם המקסימלי (זרם קצר) $\varepsilon / r$.
• במבחן 5, סדר מחדש את יחס המעגל ל$y = mx + c$ לפני הצגה בגרף: תא עם כוח חשמלי $\varepsilon$ והתנגדות פנימית $r$ המזין $n$ התנגדויות שוות $R$ במקביל עומד ב$\varepsilon = I\left(\dfrac{R}{n} + r\right)$, ולכן $\dfrac{1}{I} = \dfrac{R}{\varepsilon} \cdot \dfrac{1}{n} + \dfrac{r}{\varepsilon}$ — גרף של $1/I$ מול $1/n$ יש לו שיפוע $R/\varepsilon$ ונקודת חיתוך $r/\varepsilon$.

טעויות נפוצות

• כתיבת $V = IR$ עם הכוח החשמלי וההתנגדות החיצונית בלבד, בשכחת $r$. השתמש ב$\varepsilon = I(R + r)$.
• אמירה שהכוח החשמלי הוא "הכוח הדוחף את המטען". זהו אנרגיה ליחידת מטען; וולט הוא ג'ול לקולון.
• זיווג החוקים עם חוק השימור הלא נכון. חוק ראשון – מטען; חוק שני – אנרגיה.
• שימוש ב-"מכפלה על סכום" עבור שלושה התנגדויות במקביל. זה עובד רק לשניים; אחרת יש להוסיף את ההופכים.
• הסברת מעגל חיישן באמצעות "ההתנגדות משתנה ולכן המתח משתנה". הנקודות הן עבור הרצף: התנגדות → התנגדות כוללת → זרם → $IR$ על ההתנגדות הקבועה → השארית על החיישן.
• טענה שפוטנציומטר מאוזן "אינו מושך זרם מתא הנהיגה". הוא אינו מושך זרם מה-תא שנמדד; תא הנהיגה מספק תמיד את זרם החוט.
• עיגול ערך "הרא证明" לפני השורה האחרונה — כתוב $1.40\ \text{V}$, ואז אמור שהוא $1.4\ \text{V}$.