Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

Electric Circuits · ⁨מעגלים חשמליים⁩

AP Physics 2 · ⁨פיזיקה AP 2⁩ · Topic 11 · ⁨נושא 11⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
7:45

מעגלים חשמליים

אתה מדליק מתג, והאור נדלק מיד. אז האלקטרונים חייבים להיות רצים לאורך החוט. הם לא. בתוך נחושת, אלקטרונים זוחלים — פחות מ-

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

11.1

Electric Current · ⁨זרם חשמלי⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English

Learning Objective 11.1.A: Describe the movement of electric charges through a medium.

  • 11.1.A.1 Current is the rate at which charge passes through a cross-sectional area of a wire.
    • Equation: $I = \dfrac{\Delta q}{\Delta t}$
    • 11.1.A.1.i Electric charge moves in a circuit in response to an electric potential difference, sometimes referred to as electromotive force, or $\mathrm{emf}$ ($\varepsilon$).
    • 11.1.A.1.ii If the current is zero in a section of wire, the net motion of charge carriers in the wire is also zero, although individual charge carriers will not have zero speed.
  • 11.1.A.2 Although current is not a vector quantity, it does have a direction. The direction of current is associated with what the motion of positive charge would be but not with any coordinate system in space.
    • 11.1.A.2.i The direction of conventional current is chosen to be the direction in which positive charge would move.
    • 11.1.A.2.ii In common circuits, current is actually due to the movement of electrons (negative charge carriers).
עברית

מטרת למידה 11.1.A: לתאר את תנועת מטענים חשמליים דרך תווך.

  • 11.1.A.1 זרם הוא הקצב שעבורו מטען עובר דרך שטח חתך של חוט.
    • משוואה: $I = \dfrac{\Delta q}{\Delta t}$
    • 11.1.A.1.i מטען חשמלי זז במעגל כתוצאה מהבדל פוטנציאל חשמלי, המכונה לעיתים כוח אlectromotive או $\mathrm{emf}$ ($\varepsilon$).
    • 11.1.A.1.ii אם הזרם הוא אפס בחלק מהחוט, התנועה הנטו של נושאי המטען בחוט היא גם כן אפס, למרות שהמהירות של כל נושא מטען בנפרד אינה אפס.
  • 11.1.A.2 למרות שזרם אינו גדל וקטורי, יש לו כיוון. הכיוון של הזרם קשור לכיוון שתנועת מטען חיובי הייתה מתרחשת, אך אינו קשור לכל מערכת צירים במרחב.
    • 11.1.A.2.i הכיוון של הזרם המקובל נבחר להיות הכיוון בו מטען חיובי היה זז.
    • 11.1.A.2.ii במעגלים רגילים, הזרם נובע למעשה מתנועת אלקטרונים (נושאי מטען שליליים).

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English

Electric current 电流 is the rate at which charge flows past a point, measured in amperes 安培 (A):

$$I=\frac{\Delta q}{\Delta t}.$$
By convention, current points the way positive charge would move (opposite to the electrons in a wire). A steady current needs a complete loop and an energy source (a battery's electromotive force, or emf).

עברית
אוסילוסקופ: התנהגות מעגל לאורך הזמן נמדדת כמתח כנגד זמן
אוסילוסקופ: התנהגות מעגל לאורך הזמן נמדדת כמתח כנגד זמן

זרם חשמלי הוא קצב זרימת המטען דרך נקודה, שנמדד ב-אמפרים (A):

$$I=\frac{\Delta q}{\Delta t}.$$
לפי מוסכמה, כיוון הזרם מצביע על הכיוון שבו יזוז מטען חיובי (ניגוד לכיוון הזרם של אלקטרונים בחוט). זרם יציב דורש לולאה סגורה ומקור אנרגיה (הכוח האלקטרו-מנועי, או emf, של הסוללה).

נשיאי מטען זזים לאט דרך מוליך ליצירת זרם
נשיאי מטען זזים לאט דרך מוליך ליצירת זרם
11.2

Simple Circuits · ⁨מעגלים פשוטים⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English

Learning Objective 11.2.A: Describe the behavior of a circuit.

  • 11.2.A.1 A circuit is composed of electrical loops, which may include circuit elements such as wires, batteries, resistors, lightbulbs, capacitors, switches, ammeters, and voltmeters.
  • 11.2.A.2 A closed electrical loop is a closed path through which charges may flow.
    • 11.2.A.2.i A closed circuit is one in which charges would be able to flow.
    • 11.2.A.2.ii An open circuit is one in which charges would not be able to flow.
    • 11.2.A.2.iii A short circuit is one in which charges would be able to flow with no change in potential difference.
  • 11.2.A.3 A single circuit element may be part of multiple electrical loops.
  • 11.2.A.4 Circuit schematics are representations used to describe and analyze electric circuits.
    • 11.2.A.4.i The properties of an electric circuit are dependent on the physical arrangement of its constituent elements.
    • 11.2.A.4.ii Circuit elements have common symbols that are used to create schematic diagrams. Variable elements are indicated by a diagonal strikethrough arrow across the standard symbol for that element. (Standard symbols: Battery, Bulb, Switch, Capacitor, Resistor, Ammeter, Voltmeter.)

Boundary statement: Unless otherwise specified, all circuit schematic diagrams will be drawn using conventional current.

עברית

מטרת למידה 11.2.A: לתאר את התנהגותו של מעגל חשמלי.

  • 11.2.A.1 מעגל חשמלי מורכב ממעגלים חשמליים, שעלולים לכלול אלמנטים כמו חוטים, סוללות, נגדים, נורות, קבלים, מתגים, אמפרמטרים ווולטמטרים.
  • 11.2.A.2 מעגל חשמלי סגור הוא מסלול סגור דרכו מטענים יכולים לזרום.
    • 11.2.A.2.i מעגל סגור הוא אחד שבו מטענים היו יכולים לזרום.
    • 11.2.A.2.ii מעגל פתוח הוא אחד שבו מטענים לא היו יכולים לזרום.
    • 11.2.A.2.iii קצר חשמלי הוא מצב שבו מטענים יוכלו לזרום ללא שינוי בהפרש הפוטנציאל.
  • 11.2.A.3 אלמנט מעגל אחד עשוי להיות חלק ממספר לולאות חשמליות.
  • 11.2.A.4 תרשימי מעגלים הם נציגים המשמשים לתאר ולנתח מעגלים חשמליים.
    • 11.2.A.4.i המאפיינים של מעגל חשמלי תלויים בסידור הפיזי של האלמנטים המרכיבים אותו.
    • 11.2.A.4.ii לאלמנטי מעגל יש סמלים מקובלים המשמשים ליצירת תרשימים. אלמנטים משתנים מסומנים על ידי חץ אלכסוני חוצה את הסמל הסטנדרטי עבור אלמנט זה. (סמלים סטנדרטיים: סוללה, נורת חשמל, מתג, קבל, נגד, אמפרמטר, וולטמטר.)

הצהרת גבול: אלא אם כן צוין אחרת, כל תרשימי המעגלים יצורו באמצעות זרם קונבנציונלי.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English

A circuit is a closed loop of conductors, a source (battery), and components. In a series 串联 path the same current flows through each element; in a parallel 并联 path the same voltage is across each branch. A circuit diagram uses standard symbols; reading it correctly is the first step of any circuit problem.

עברית

מעגל הוא לולאת מוליכים סגורה, מקור (סוללה) ורכיבים. במסלול סדרתי אותו זרם זורם דרך כל רכיב; במסלול מקביל אותה מתח קיים בכל ענף. תרשים מעגל משתמש בסמלים סטנדרטיים; קריאתו הנכונה היא השלב הראשון בכל בעיית מעגל.

מרכיבים יכולים להיות מחוברים בסדר או במקביל
רכיבים יכולים להיות מחוברים בסדר או במקביל
מעגל אלקטרוני הבנוי על לוח ניסויים
מעגל אמיתי: רכיבים הוכנסו ללוח ניסויים וחוברו באמצעות חוטים כך לזרם יש מסלול סגור
Explore · ⁨חקור⁩

Build series and parallel circuits · ⁨בנה מעגלים בסדר ובמקביל⁩

In series the same current flows through every bulb and voltage divides; in parallel each branch gets the full voltage. Switch mode to see the bulbs' brightness change. · ⁨בסדר, אותה עוצמה זורמת דרך כל נורה והמתח מתחלק; במקביל, לכל ענף מגיע המתח המלא. החלף מצב כדי לראות כיצד בהירות הנורות משתנה.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
Electric current/ɪˈlektrɪk ˈkʌrənt/ זרם חשמלי
amperes/ˈæmpeəz/ אמפרים
series/ˈsɪəriːz/ סדרתי
parallel/ˈpærəlel/ מקביל
Resistance/rɪˈzɪstəns/ התנגדות חשמלית
Ohm's law/əʊmz lɔː/ חוק אום
resistivity/ˌriːzɪˈstɪvəti/ התנגדות סגולית
Electric power/ɪˈlektrɪk ˈpaʊə/ הספק חשמלי
light bulb/laɪt bʌlb/ נורת תאורה
brightness/ˈbraɪtnəs/ בהירות
equivalent resistance/ɪˈkwɪvələnt rɪˈzɪstəns/ התנגדות שקולה
ammeter/ˈæmiːtə/ ממוס
voltmeter/ˈvəʊltmiːtə/ וולמטר
nonideal/ˌnɒnaɪˈdɪəl/ לא אידיאלי
Kirchhoff's loop rule/ˈkɜːkhɒfs luːp ruːl/ חוק הלולאה של קירשוף
Kirchhoff's junction rule/ˈkɜːkhɒfs ˈdʒʌŋkʃn ruːl/ חוק הצומת של קירשוף
RC circuit/ˌɑː ˈsiː ˈsɜːkɪt/ מעגל RC
11.3

Resistance, Resistivity, and Ohm's Law · ⁨התנגדות, התנגדות ספציפית, וחוק אוהם⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English

Learning Objective 11.3.A: Describe the resistance of an object using physical properties of that object.

  • 11.3.A.1 Resistance is a measure of the degree to which an object opposes the movement of electric charge.
  • 11.3.A.2 The resistance of a resistor with uniform geometry is proportional to its resistivity and length and is inversely proportional to its cross-sectional area.
    • Equation: $R = \dfrac{\rho \ell}{A}$
    • 11.3.A.2.i Resistivity is a fundamental property of a material that depends on its atomic and molecular structure and quantifies how strongly the material opposes the motion of electric charge.
    • 11.3.A.2.ii The resistivity of a conductor typically increases with temperature.

Learning Objective 11.3.B: Describe the electrical characteristics of elements of a circuit.

  • 11.3.B.1 Ohm's law relates current, resistance, and potential difference across a conductive element of a circuit.
    • Equation: $I = \dfrac{\Delta V}{R}$
    • 11.3.B.1.i Materials that obey Ohm's law have constant resistance for all currents and are called ohmic materials.
    • 11.3.B.1.ii The resistivity of an ohmic material is constant regardless of temperature.
    • 11.3.B.1.iii Resistors can also convert electrical energy to thermal energy, which may change the temperature of both the resistor and the resistor's environment.
    • 11.3.B.1.iv The resistance of an ohmic circuit element can be determined from the slope of a graph of the current in the element as a function of the potential difference across the element.
עברית

מטרה לימודית 11.3.A: לתאר את ההתנגדות של חפץ באמצעות מאפיינים פיזיקליים שלו.

  • 11.3.A.1 התנגדות היא מדד לדרגה שבה חפץ מונע את תנועת המטען החשמלי.
  • 11.3.A.2 ההתנגדות של נגד בעל גיאומטריה אחידה פרופורציונלית להתנגדות הסגולית ולאורכו, והופכת פרופורציונלית לשטח החתך שלו.
    • משוואה: $R = \dfrac{\rho \ell}{A}$
    • 11.3.A.2.i התנגדות סגולית היא מאפיין בסיסי של חומר התלוי במבנה האטומי והמולקולרי שלו ומכמת עד כמה החומר מונע תנועת מטען חשמלי.
    • 11.3.A.2.ii ההתנגדות הסגולית של מוליך עולה לרוב עם הטמפרטורה.

מטרה לימודית 11.3.B: לתאר את המאפיינים החשמליים של אלמנטים במעגל.

  • 11.3.B.1 חוק אוהם מקשר בין זרם, התנגדות והפרש פוטנציאל על פני אלמנט מוליך במעגל.
    • משוואה: $I = \dfrac{\Delta V}{R}$
    • 11.3.B.1.i חומרים העומדים בחוק אוהם בעלי התנגדות קבועה לכל הזרמים ונקראים חומרים אוםיים.
    • 11.3.B.1.ii ההתנגדות הסגולית של חומר אומי קבועה ללא קשר לטמפרטורה.
    • 11.3.B.1.iii נגדים יכולים גם להמיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה תרמית, מה שעשוי לשנות את טמפרטורת הנגד ואת הסביבה סביבו.
    • 11.3.B.1.iv ההתנגדות של אלמנט מעגל אומי ניתן לקבוע מהשיפוע של גרף הזרם באלמנט כתפקוד הפרש הפוטנציאל על פניו.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English

Resistance 电阻 $R$ opposes current, measured in ohms. Ohm's law 欧姆定律 links the three key quantities:

$$V=IR.$$
A component's resistance depends on the material's resistivity 电阻率 $\rho$, its length, and its cross-sectional area: $R=\dfrac{\rho L}{A}$ – longer and thinner means more resistance.

Worked example. A $2.0\ \text{A}$ current flows through a $6.0\ \Omega$ resistor. The voltage across it is $V=IR=2.0\times6.0=12\ \text{V}$.

עברית

התנגדות $R$ מתנגדת לזרם, שנמדדת באומים. חוק אוהם מקשר בין שלושת הגדלים העיקריים:

$$V=IR.$$
התנגדותו של רכיב תלויה בהתנגדות הספציפית $\rho$ של החומר, באורכו ובשטח החתך שלו: $R=\dfrac{\rho L}{A}$ – אורך גדול יותר ועובי קטן יותר גורמים להתנגדות גבוהה יותר.

קו ה-I-V של מוליך אופייני הוא ישר העובר דרך הראשית
קו ה-I-V של מוליך אופייני הוא ישר העובר דרך הראשית

דוגמה מפורטת. זרם בגודל $2.0\ \text{A}$ זורם דרך נגד בגודל $6.0\ \Omega$. המתח על פניו הוא $V=IR=2.0\times6.0=12\ \text{V}$.

Explore · ⁨חקור⁩

Apply Ohm's law · ⁨החל את חוק אוהם⁩

Ohm's law $V=IR$: for a fixed resistance, current is proportional to voltage. Raise the resistance and the same voltage pushes less current. · ⁨חוק אוהם $V=IR$: עבור התנגדות קבועה, העוצמה פרופורציונלית למתח. הגדלת ההתנגדות תגרום לכך שהאותו מתח יניע עוצמה פחותה.⁩

11.4

Electric Power · ⁨הספק חשמלי⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English

Learning Objective 11.4.A: Describe the transfer of energy into, out of, or within an electric circuit, in terms of power.

  • 11.4.A.1 The rate at which energy is transferred, converted, or dissipated by a circuit element depends on the current in the element and the electric potential difference across it.
    • Equation: $P = I \Delta V$
    • Equation (derived): $P = I^2 R = \dfrac{(\Delta V)^2}{R}$
  • 11.4.A.2 The brightness of a bulb increases with power, so power can be used to qualitatively predict the brightness of bulbs in a circuit.
עברית

מטרה לימודית 11.4.A: לתאר את העברת האנרגיה לתוך, מחוץ או בתוך מעגל חשמלי, בגדרות הספק.

  • 11.4.A.1 קצב העברת אנרגיה, המרתה או פיזוריה על ידי רכיב במעגל תלוי בעוצמת הזרם ברכיב ובהפרש הפוטנציאל החשמלי בינו.
    • משוואה: $P = I \Delta V$
    • משוואה (מובקעת): $P = I^2 R = \dfrac{(\Delta V)^2}{R}$
  • 11.4.A.2 בהירות נורה עולה עם ההספק, ולכן ניתן להשתמש בהספק כדי לחזות באופן איכותני את בהירות הנורות במעגל.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English

Electric power 电功率 is the rate a component converts electrical energy (to heat, light, motion):

$$P=IV=I^2R=\frac{V^2}{R}.$$
Pick the form that uses the quantities you know. A resistor's power all becomes heat.

Worked example. The $6.0\ \Omega$ resistor above, carrying $2.0\ \text{A}$, dissipates $P=I^2R=2.0^2\times6.0=24\ \text{W}$ – equivalently $P=IV=2.0\times12=24\ \text{W}$.

A light bulb 灯泡 is just a resistor that glows, and its brightness 亮度 rises with the power it dissipates. So to rank bulbs, compare their power. In a series string every bulb carries the same current, so by $P=I^2R$ the bulb with the largest resistance is brightest; wired in parallel every bulb gets the full battery voltage, so by $P=V^2/R$ the bulb with the smallest resistance is brightest.

עברית

הספק חשמלי הוא הקצב בו רכיב ממיר אנרגיה חשמלית (לתחום, לאור, לתנועה):

$$P=IV=I^2R=\frac{V^2}{R}.$$
בחר את הצורה שמשתמשת בגדלים הידועים לך. ההספק של נגד הופך כולו לחום.

דוגמה מפורטת. הנגד $6.0\ \Omega$ לעיל, העובר דרכו זרם של $2.0\ \text{A}$, מפזר $P=I^2R=2.0^2\times6.0=24\ \text{W}$ – שווה ערך ל$P=IV=2.0\times12=24\ \text{W}$.

נורת חשמל היא פשוט נגד שמזהיר, וה-בהירות שלו עולה עם ה-הספק שפול. לכן כדי למיין נורות, השוו את ההספק שלהן. במתח ברצף כל נורה עובר בה אותה זרם, ולכן לפי $P=I^2R$ הנורה בעלת נגד הגדול ביותר תהיה המבהירה ביותר; אם מחוונות במקביל, לכל נורה מגיע מתח הסוללה המלא, ולכן לפי $P=V^2/R$ הנורה בעלת נגד הקטן ביותר תהיה המבהירה ביותר.

קווי מתח גבוה: כוח חשמלי מועבר במתח גבוה כך שהזרם (והפסד I²R) נשאר נמוך
קווי מתח גבוה: כוח חשמלי מועבר במתח גבוה כך שהזרם (והפסד I²R) נשאר נמוך
Explore · ⁨חקור⁩

Read an I-V characteristic · ⁨קרא מאפיין I-V⁩

Power is $P=IV$. A resistor's I-V line is straight, but a lamp curves as it heats and its resistance rises. The area under I-V relates to the energy delivered. · ⁨ההספק הוא $P=IV$. קו ה-I-V של נגד הוא ישר, אך של מנורה הוא מעוגל בשל חימום ועליית ההתנגדות שלו. השטח מתחת לקו ה-I-V קשור לאנרגיה שהועברה.⁩

11.5

Compound DC Circuits · ⁨מעגלים DC מורכבים⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English

Learning Objective 11.5.A: Describe the equivalent resistance of multiple resistors connected in a circuit.

  • 11.5.A.1 Circuit elements may be connected in series and/or in parallel.
    • 11.5.A.1.i A series connection is one in which any charge passing through one circuit element must proceed through all elements in that connection and has no other path available. The current in each element in series must be the same.
    • 11.5.A.1.ii A parallel connection is one in which charges may flow through one of two or more paths. Across each path, the potential difference is the same.
  • 11.5.A.2 A collection of resistors in a circuit may be analyzed as though it were a single resistor with an equivalent resistance $R_{\text{eq}}$.
    • 11.5.A.2.i The equivalent resistance of a set of resistors in series is the sum of the individual resistances.
      • Equation: $R_{\text{eq},s} = \sum_i R_i$
    • 11.5.A.2.ii The inverse of the equivalent resistance of a set of resistors connected in parallel is equal to the sum of the inverses of the individual resistances.
      • Equation: $\dfrac{1}{R_{\text{eq},p}} = \sum_i \dfrac{1}{R_i}$
    • 11.5.A.2.iii When resistors are connected in parallel, the number of paths available to charges increases, and the equivalent resistance of the group of resistors decreases.

Learning Objective 11.5.B: Describe a circuit with resistive wires and a battery with internal resistance.

  • 11.5.B.1 Ideal batteries have negligible internal resistance. Ideal wires have negligible resistance.
    • 11.5.B.1.i The resistance of wires that are good conductors may normally be neglected, because their resistance is much smaller than that of other elements of a circuit.
    • 11.5.B.1.ii The resistance of wires may only be neglected if the circuit contains other elements that do have resistance.
    • 11.5.B.1.iii The potential difference a battery would supply if it were ideal is the potential difference measured across the terminals when there is no current in the battery and is sometimes referred to as its $\mathrm{emf}$ ($\varepsilon$).
  • 11.5.B.2 The internal resistance of a nonideal battery may be treated as the resistance of a resistor in series with an ideal battery and the remainder of the circuit.
  • 11.5.B.3 When there is current in a nonideal battery with internal resistance $r$, the potential difference across the terminals of the battery is reduced relative to the potential difference when there is no current in the battery.
    • Equation (derived): $\Delta V_{\text{terminal}} = \varepsilon - Ir$

Learning Objective 11.5.C: Describe the measurement of current and potential difference in a circuit.

  • 11.5.C.1 Ammeters are used to measure current at a specific point in a circuit.
    • 11.5.C.1.i Ammeters must be connected in series with the element in which current is being measured.
    • 11.5.C.1.ii Ideal ammeters have zero resistance so that they do not affect the current in the element that they are in series with.
  • 11.5.C.2 Voltmeters are used to measure electric potential difference between two points in a circuit.
    • 11.5.C.2.i Voltmeters must be connected in parallel with the element across which potential difference is being measured.
    • 11.5.C.2.ii Ideal voltmeters have an infinite resistance so that no charge flows through them.
  • 11.5.C.3 Nonideal ammeters and voltmeters will change the properties of the circuit being measured.

Boundary statement: AP Physics 2 only expects students to qualitatively discuss how a nonideal ammeter or voltmeter will affect the results of measurements. Unless otherwise stated, all batteries, wires, and meters are assumed to be ideal.

Boundary statement: Circuits with batteries of different potential differences connected in parallel will not be assessed.

עברית

מטרות למידה 11.5.A: לתאר התנגדות שקולה של מספר מתנגדים מחוברים במעגל.

  • 11.5.A.1 רכיבי מעגל יכולים להיות מחוברים בסדרה וב/או במקביל.
    • 11.5.A.1.i חיבור בסדרה הוא חיבור שבו כל מטען חולף דרך רכיב מעגלי אחד חייב לעבור דרך כל הרכיבים בחיבור זה ואין לו אופנה אחרת. עוצמת הזרם בכל רכיב בסדרה חייבת להיות זהה.
    • 11.5.A.1.ii חיבור במקביל הוא חיבור שבו מטענים יכולים לזרום דרך אחת משתי או יותר אופנות. לאורך כל אופנה, הפרש הפוטנציאל הוא זהה.
  • 11.5.A.2 סט של מתנגדים במעגל יכול להתנתח כאילו היהו מתנגד יחיד עם התנגדות שקולה $R_{\text{eq}}$.
    • 11.5.A.2.i ההתנגדות השקולה של סט של מתנגדים בסדרה היא סכום ההתנגדויות הבודדות.
      • משוואה: $R_{\text{eq},s} = \sum_i R_i$
    • 11.5.A.2.ii ההופך של ההתנגדות השקולה של סט של מתנגדים המקוונים במקביל שווה לסכום ההופכים של ההתנגדויות הבודדות.
      • משוואה: $\dfrac{1}{R_{\text{eq},p}} = \sum_i \dfrac{1}{R_i}$
    • 11.5.A.2.iii כאשר מתנגדים מקוונים במקביל, מספר האופנות הזמינות למטענים עולה, וההתנגדות השקולה של קבוצת המתנגדים יורדת.

מטרות למידה 11.5.B: לתאר מעגל עם חוטים התנגדותיים וסוללה עם התנגדות פנימית.

  • 11.5.B.1 סוללות אידיאליות יש להן התנגדות פנימית זניחה. חוטים אידיאליים יש להם התנגדות זניחה.
    • 11.5.B.1.i התנגדות חוטים שהם מוליכים טובים יכולה בדרך כלל להתעלם ממנה, מכיוון שהתנגדותם קטנה משמעותית מזו של רכיבים אחרים במעגל.
    • 11.5.B.1.ii התנגדות החוטים יכולה להתעלם ממנה רק אם המעגל מכיל רכיבים אחרים שיש להם התנגדות.
    • 11.5.B.1.iii הפרש הפוטנציאל שמסוללה הייתה מספקת אם הייתה אידיאלית הוא הפרש הפוטנציאל שנמדד בין הקולות כאשר אין זרם בסוללה, ומכונה לעיתים קרובות כ-$\mathrm{emf}$ ($\varepsilon$).
  • 11.5.B.2 ההתנגדות הפנימית של סוללה שאינה אידיאלית יכולה להתנהל כהתנגדות של מתנגד בסדרה עם סוללה אידיאלית ושאר המעגל.
  • 11.5.B.3 כאשר יש זרם בסוללה שאינה אידיאלית עם התנגדות פנימית $r$, הפרש הפוטנציאל בין קולות הסוללה מצומצם ביחס להפרש הפוטנציאל כאשר אין זרם בסוללה.
    • משוואה (מובקעת): $\Delta V_{\text{terminal}} = \varepsilon - Ir$

מטרות למידה 11.5.C: לתאר מדידת זרם והפרש פוטנציאל במעגל.

  • 11.5.C.1 אמפרמטרים משמשים למדידת זרם בנקודה ספציפית במעגל.
    • 11.5.C.1.i אמפרמטרים חייבים להיות מחוברים בסדרה עם האלמנט בו נמדד הזרם.
    • 11.5.C.1.ii אמפרמטרים אידיאליים הם בעלי התנגדות אפס כדי שלא ישנו את הזרם באלמנט בו הם מחוברים בסדרה.
  • 11.5.C.2 וולטמטרים משמשים למדידת הפרש פוטנציאל חשמלי בין שתי נקודות במעגל.
    • 11.5.C.2.i וולטמטרים חייבים להיות מחוברים במקביל לאלמנט שעליו נמדד הפרש הפוטנציאל.
    • 11.5.C.2.ii וולטמטרים אידיאליים הם בעלי התנגדות אינסופית כך שאין דרך זורם דרכם.
  • 11.5.C.3 אמפרמטרים ווולטמטרים לא-אידיאליים יעבירו שינוי בתכונות המעגל הנמדד.

הצהרת גבול: מבחן AP Physics 2 מצפה מהתלמידים לדון באופן איכותי רק כיצד אמפרמטר או וולטמטר לא-אידיאליים ישפיעו על תוצאות המדידה. אלא אם כן צוין אחרת, כל הסוללות, החוטים והמדדים נחשבים לאידיאליים.

הצהרת גבול: מעגלים הכוללים סוללות עם הפרשי פוטנציאל שונים המחוברות במקביל לא ייכללו במבחן.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English

Combine resistors to find an equivalent resistance 等效电阻:

  • Series: $R_{\text{eq}}=R_1+R_2+\cdots$ (resistances add).
  • Parallel: $\dfrac{1}{R_{\text{eq}}}=\dfrac{1}{R_1}+\dfrac{1}{R_2}+\cdots$ (the total is less than the smallest).

Reduce the network step by step to find the total current from the battery, then work back to each element.

Worked example. A $12\ \text{V}$ battery drives a $4.0\ \Omega$ and a $12\ \Omega$ resistor in parallel. First combine them: $\dfrac{1}{R_{\text{eq}}}=\dfrac14+\dfrac{1}{12}=\dfrac{4}{12}\Rightarrow R_{\text{eq}}=3.0\ \Omega$. The total current from the battery is $I=\dfrac{V}{R_{\text{eq}}}=\dfrac{12}{3.0}=4.0\ \text{A}$, which splits so that the smaller resistor carries the larger share ($3.0\ \text{A}$ through the $4\ \Omega$, $1.0\ \text{A}$ through the $12\ \Omega$).

עברית

אחדו נגדים כדי למצוא נגד שקול:

נגדים בסדרה מתחברים לנגד שקול אחד
נגדים בסדרה מתחברים לנגד שקול אחד
  • סדרה: $R_{\text{eq}}=R_1+R_2+\cdots$ (הנגדים נוספים).
  • מקביל: $\dfrac{1}{R_{\text{eq}}}=\dfrac{1}{R_1}+\dfrac{1}{R_2}+\cdots$ (הסה

צמצם את הרשת צעד אחר צעד כדי למצוא את הזרם הכולל מהסוללה, ולאחר מכן חשב חזרה לכל אלמנט.

דוגמה מודגמת. סוללת $12\ \text{V}$ מניעה זרם דרך נגדים $4.0\ \Omega$ ו-$12\ \Omega$ במקביל. קודם איחד אותם: $\dfrac{1}{R_{\text{eq}}}=\dfrac14+\dfrac{1}{12}=\dfrac{4}{12}\Rightarrow R_{\text{eq}}=3.0\ \Omega$. הזרם הכולל מהסוללה הוא $I=\dfrac{V}{R_{\text{eq}}}=\dfrac{12}{3.0}=4.0\ \text{A}$, שהוא מתפצל כך שהנגד הקטן נושא את החלק הגדול יותר ($3.0\ \text{A}$ דרך ה-$4\ \Omega$, $1.0\ \text{A}$ דרך ה-$12\ \Omega$).

11.5

Measuring Current and Voltage · ⁨מדידת זרם ומתח⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English

Learning Objective 11.5.A: Describe the equivalent resistance of multiple resistors connected in a circuit.

  • 11.5.A.1 Circuit elements may be connected in series and/or in parallel.
    • 11.5.A.1.i A series connection is one in which any charge passing through one circuit element must proceed through all elements in that connection and has no other path available. The current in each element in series must be the same.
    • 11.5.A.1.ii A parallel connection is one in which charges may flow through one of two or more paths. Across each path, the potential difference is the same.
  • 11.5.A.2 A collection of resistors in a circuit may be analyzed as though it were a single resistor with an equivalent resistance $R_{\text{eq}}$.
    • 11.5.A.2.i The equivalent resistance of a set of resistors in series is the sum of the individual resistances.
      • Equation: $R_{\text{eq},s} = \sum_i R_i$
    • 11.5.A.2.ii The inverse of the equivalent resistance of a set of resistors connected in parallel is equal to the sum of the inverses of the individual resistances.
      • Equation: $\dfrac{1}{R_{\text{eq},p}} = \sum_i \dfrac{1}{R_i}$
    • 11.5.A.2.iii When resistors are connected in parallel, the number of paths available to charges increases, and the equivalent resistance of the group of resistors decreases.

Learning Objective 11.5.B: Describe a circuit with resistive wires and a battery with internal resistance.

  • 11.5.B.1 Ideal batteries have negligible internal resistance. Ideal wires have negligible resistance.
    • 11.5.B.1.i The resistance of wires that are good conductors may normally be neglected, because their resistance is much smaller than that of other elements of a circuit.
    • 11.5.B.1.ii The resistance of wires may only be neglected if the circuit contains other elements that do have resistance.
    • 11.5.B.1.iii The potential difference a battery would supply if it were ideal is the potential difference measured across the terminals when there is no current in the battery and is sometimes referred to as its $\mathrm{emf}$ ($\varepsilon$).
  • 11.5.B.2 The internal resistance of a nonideal battery may be treated as the resistance of a resistor in series with an ideal battery and the remainder of the circuit.
  • 11.5.B.3 When there is current in a nonideal battery with internal resistance $r$, the potential difference across the terminals of the battery is reduced relative to the potential difference when there is no current in the battery.
    • Equation (derived): $\Delta V_{\text{terminal}} = \varepsilon - Ir$

Learning Objective 11.5.C: Describe the measurement of current and potential difference in a circuit.

  • 11.5.C.1 Ammeters are used to measure current at a specific point in a circuit.
    • 11.5.C.1.i Ammeters must be connected in series with the element in which current is being measured.
    • 11.5.C.1.ii Ideal ammeters have zero resistance so that they do not affect the current in the element that they are in series with.
  • 11.5.C.2 Voltmeters are used to measure electric potential difference between two points in a circuit.
    • 11.5.C.2.i Voltmeters must be connected in parallel with the element across which potential difference is being measured.
    • 11.5.C.2.ii Ideal voltmeters have an infinite resistance so that no charge flows through them.
  • 11.5.C.3 Nonideal ammeters and voltmeters will change the properties of the circuit being measured.

Boundary statement: AP Physics 2 only expects students to qualitatively discuss how a nonideal ammeter or voltmeter will affect the results of measurements. Unless otherwise stated, all batteries, wires, and meters are assumed to be ideal.

Boundary statement: Circuits with batteries of different potential differences connected in parallel will not be assessed.

עברית

מטרות למידה 11.5.A: לתאר התנגדות שקולה של מספר מתנגדים מחוברים במעגל.

  • 11.5.A.1 רכיבי מעגל יכולים להיות מחוברים בסדרה וב/או במקביל.
    • 11.5.A.1.i חיבור בסדרה הוא חיבור שבו כל מטען חולף דרך רכיב מעגלי אחד חייב לעבור דרך כל הרכיבים בחיבור זה ואין לו אופנה אחרת. עוצמת הזרם בכל רכיב בסדרה חייבת להיות זהה.
    • 11.5.A.1.ii חיבור במקביל הוא חיבור שבו מטענים יכולים לזרום דרך אחת משתי או יותר אופנות. לאורך כל אופנה, הפרש הפוטנציאל הוא זהה.
  • 11.5.A.2 סט של מתנגדים במעגל יכול להתנתח כאילו היהו מתנגד יחיד עם התנגדות שקולה $R_{\text{eq}}$.
    • 11.5.A.2.i ההתנגדות השקולה של סט של מתנגדים בסדרה היא סכום ההתנגדויות הבודדות.
      • משוואה: $R_{\text{eq},s} = \sum_i R_i$
    • 11.5.A.2.ii ההופך של ההתנגדות השקולה של סט של מתנגדים המקוונים במקביל שווה לסכום ההופכים של ההתנגדויות הבודדות.
      • משוואה: $\dfrac{1}{R_{\text{eq},p}} = \sum_i \dfrac{1}{R_i}$
    • 11.5.A.2.iii כאשר מתנגדים מקוונים במקביל, מספר האופנות הזמינות למטענים עולה, וההתנגדות השקולה של קבוצת המתנגדים יורדת.

מטרות למידה 11.5.B: לתאר מעגל עם חוטים התנגדותיים וסוללה עם התנגדות פנימית.

  • 11.5.B.1 סוללות אידיאליות יש להן התנגדות פנימית זניחה. חוטים אידיאליים יש להם התנגדות זניחה.
    • 11.5.B.1.i התנגדות חוטים שהם מוליכים טובים יכולה בדרך כלל להתעלם ממנה, מכיוון שהתנגדותם קטנה משמעותית מזו של רכיבים אחרים במעגל.
    • 11.5.B.1.ii התנגדות החוטים יכולה להתעלם ממנה רק אם המעגל מכיל רכיבים אחרים שיש להם התנגדות.
    • 11.5.B.1.iii הפרש הפוטנציאל שמסוללה הייתה מספקת אם הייתה אידיאלית הוא הפרש הפוטנציאל שנמדד בין הקולות כאשר אין זרם בסוללה, ומכונה לעיתים קרובות כ-$\mathrm{emf}$ ($\varepsilon$).
  • 11.5.B.2 ההתנגדות הפנימית של סוללה שאינה אידיאלית יכולה להתנהל כהתנגדות של מתנגד בסדרה עם סוללה אידיאלית ושאר המעגל.
  • 11.5.B.3 כאשר יש זרם בסוללה שאינה אידיאלית עם התנגדות פנימית $r$, הפרש הפוטנציאל בין קולות הסוללה מצומצם ביחס להפרש הפוטנציאל כאשר אין זרם בסוללה.
    • משוואה (מובקעת): $\Delta V_{\text{terminal}} = \varepsilon - Ir$

מטרות למידה 11.5.C: לתאר מדידת זרם והפרש פוטנציאל במעגל.

  • 11.5.C.1 אמפרמטרים משמשים למדידת זרם בנקודה ספציפית במעגל.
    • 11.5.C.1.i אמפרמטרים חייבים להיות מחוברים בסדרה עם האלמנט בו נמדד הזרם.
    • 11.5.C.1.ii אמפרמטרים אידיאליים הם בעלי התנגדות אפס כדי שלא ישנו את הזרם באלמנט בו הם מחוברים בסדרה.
  • 11.5.C.2 וולטמטרים משמשים למדידת הפרש פוטנציאל חשמלי בין שתי נקודות במעגל.
    • 11.5.C.2.i וולטמטרים חייבים להיות מחוברים במקביל לאלמנט שעליו נמדד הפרש הפוטנציאל.
    • 11.5.C.2.ii וולטמטרים אידיאליים הם בעלי התנגדות אינסופית כך שאין דרך זורם דרכם.
  • 11.5.C.3 אמפרמטרים ווולטמטרים לא-אידיאליים יעבירו שינוי בתכונות המעגל הנמדד.

הצהרת גבול: מבחן AP Physics 2 מצפה מהתלמידים לדון באופן איכותי רק כיצד אמפרמטר או וולטמטר לא-אידיאליים ישפיעו על תוצאות המדידה. אלא אם כן צוין אחרת, כל הסוללות, החוטים והמדדים נחשבים לאידיאליים.

הצהרת גבול: מעגלים הכוללים סוללות עם הפרשי פוטנציאל שונים המחוברות במקביל לא ייכללו במבחן.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English

Two meters read a circuit. An ammeter 电流表 measures the current at a point, so it must be wired in series – the current you want to measure has to flow through it. A voltmeter 电压表 measures the potential difference between two points, so it is wired in parallel, bridging across the component whose voltage you want.

For a meter to read the true value it must barely disturb the circuit:

  • an ideal ammeter has zero resistance, so putting it in series does not reduce the current it reads;
  • an ideal voltmeter has infinite resistance, so almost no current is diverted through it.

A real, nonideal 非理想 meter is imperfect: a real ammeter has a small resistance (it slightly lowers the current), and a real voltmeter lets a little current leak through (it slightly lowers the voltage it reads). So connecting any meter changes, a little, the very quantity it is measuring.

עברית

שני מדדים קוראים במעגל. מיליאמפרמטר מדוד את הזרם בנקודה, ולכן יש לחבר אותו בסדרה – הזרם שאתם רוצים למדוד חייב לזרום דרכו. ולטמטר מדוד את הפרש הפוטנציאלים בין שתי נקודות, ולכן הוא מחובר במקביל, ועובר על פני המרכיב שבו אתם רוצים למדוד מתח.

כדי שמד יקרא את הערך האמיתי, הוא חייב להפריע מעט מאוד למעגל:

  • מיליאמפרמטר אידיאלי בעל התנגדות אפס, ולכן חיבורו בסדרה לא מפחית את הזרם שהוא קורא;
  • ולטמטר אידיאלי בעל התנגדות אינסופית, ולכן כמעט לא זורם דרכו זרם.

מד אמיתי, לא-אידיאלי, הוא מושלם: מיליאמפרמטר אמיתי יש לו התנגדות קטנה (שהיא מעט מורידה את הזרם), וולטמטר אמיתי מאפשר לדליפת מעט זרם דרכו (שהיא מעט מורידה את המתח שהוא קורא). לכן, חיבור כל מד משנה, מעט, את הכמות עצמה שהוא מודד.

11.6

Kirchhoff's Loop Rule · ⁨חוק הלולאה של קירכהוף⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English

Learning Objective 11.6.A: Describe a circuit or elements of a circuit by applying Kirchhoff's loop rule.

  • 11.6.A.1 Energy changes in simple electrical circuits may be represented in terms of charges moving through electric potential differences within circuit elements.
    • Equation: $\Delta U_E = q \Delta V$
  • 11.6.A.2 Kirchhoff's loop rule is a consequence of the conservation of energy.
  • 11.6.A.3 Kirchhoff's loop rule states that the sum of potential differences across all circuit elements in a single closed loop must equal zero.
    • Equation: $\sum \Delta V = 0$
  • 11.6.A.4 The values of electric potential at points in a circuit can be represented by a graph of electric potential as a function of position within a loop.
עברית

מטרת למידה 11.6.A: לתאר מעגל או אלמנטים במעגל באמצעות יישום חוק הלולאה של קירכהוף.

  • 11.6.A.1 שינויים באנרגיה במעגלים חשמליים פשוטים יכולים להוצג באמצעות מטענים הנעים דרך הפרשי פוטנציאל חשמלי בתוך אלמנטים במעגל.
    • משוואה: $\Delta U_E = q \Delta V$
  • 11.6.A.2 חוק הלולאה של קירכהוף הוא תוצאה של חוק השימור של אנרגיה.
  • 11.6.A.3 חוק הלולאה של קירכהוף קובע שהסכום של הפרשי הפוטנציאל על פני כל אלמנטים במעגל בלולאה סגורה אחת חייב להיות שווה לאפס.
    • משוואה: $\sum \Delta V = 0$
  • 11.6.A.4 ערכי הפוטנציאל החשמלי בנקודות במעגל יכולים להיות מיוצגים בגרף של פוטנציאל חשמלי כתפקיד מיקום בתוך לולאה.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English

Kirchhoff's loop rule 基尔霍夫电压定律 (energy conservation): around any closed loop, the voltage gains and drops sum to zero. Add the battery's emf and subtract each $IR$ drop as you go around. This gives one equation per independent loop.

עברית

חוק הלולאה של קירכהוף (שימור אנרגיה): סביב כל לולאה סגורה, הסכום של ערכי המתח והירידות שווה ל-אפס. הוסיפו את ה-EMF של הסוללה וחשבו כל $IR$ ירידה כשאתם מסתובבים. זה נותן משוואה אחת לכל לולאה עצמאית.

11.7

Kirchhoff's Junction Rule · ⁨חוק הצומת של קירכהוף⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English

Learning Objective 11.7.A: Describe a circuit or elements of a circuit by applying Kirchhoff's junction rule.

  • 11.7.A.1 Kirchhoff's junction rule is a consequence of the conservation of electric charge.
  • 11.7.A.2 Kirchhoff's junction rule states that the total amount of charge entering a junction per unit time must equal the total amount of charge exiting that junction per unit time.
    • Equation: $\sum I_{\text{in}} = \sum I_{\text{out}}$
עברית

מטרת למידה 11.7.A: לתאר מעגל או אלמנטים במעגל באמצעות יישום חוק הצומת של קירכהוף.

  • 11.7.A.1 חוק הצומת של קירכהוף הוא תוצאה של חוק השימור של מטען חשמלי.
  • 11.7.A.2 חוק הצומת של קירכהוף קובע שהסך הכל של המטען הנכנס לצומת ביחידת זמן חייב להיות שווה לסך הכל של המטען היוצא מצומת זה ביחידת זמן.
    • משוואה: $\sum I_{\text{in}} = \sum I_{\text{out}}$

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English

Kirchhoff's junction rule 基尔霍夫电流定律 (charge conservation): the total current into any junction equals the total current out. Together with the loop rule, it lets you solve any multi-loop circuit for its unknown currents.

עברית

חוק הנקודות של קירכוף (שימור מטען): הסך הכללי של הזרם נכנס לכל נקודה שווה לסך הכללי של הזרם יוצא. יחד עם חוק הלולאה, הוא מאפשר לפתור כל מעגל רב-לולאתי עבור הזרמים הלא ידועים.

הזרם מתפצל בנקודה: מה שנכנס שווה למה שיצא
הזרם מתפצל בנקודה: מה שנכנס שווה למה שיצא
11.8

RC Circuits · ⁨מעגלי RC⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English

Learning Objective 11.8.A: Describe the equivalent capacitance of multiple capacitors.

  • 11.8.A.1 A collection of capacitors in a circuit may be analyzed as though it were a single capacitor with an equivalent capacitance $C_{\text{eq}}$.
    • 11.8.A.1.i The inverse of the equivalent capacitance of a set of capacitors connected in series is equal to the sum of the inverses of the individual capacitances.
      • Equation: $\dfrac{1}{C_{\text{eq},s}} = \sum_i \dfrac{1}{C_i}$
    • 11.8.A.1.ii The equivalent capacitance of a set of capacitors in series is less than the capacitance of the smallest capacitor.
    • 11.8.A.1.iii The equivalent capacitance of a set of capacitors in parallel is the sum of the individual capacitances.
      • Equation: $C_{\text{eq},p} = \sum_i C_i$
  • 11.8.A.2 As a result of conservation of charge, each of the capacitors in series must have the same magnitude of charge on each plate.

Learning Objective 11.8.B: Describe the behavior of a circuit containing combinations of resistors and capacitors.

  • 11.8.B.1 The time constant $\tau$ is a significant feature of an RC circuit.
    • 11.8.B.1.i The time constant of an RC circuit is a measure of how quickly the capacitor will charge or discharge and is defined as $\tau = R_{\text{eq}} C_{\text{eq}}$.
    • 11.8.B.1.ii For a charging capacitor, the time constant represents the time required for the capacitor's charge to increase from zero to approximately 63 percent of its final asymptotic value.
    • 11.8.B.1.iii For a discharging capacitor, the time constant represents the time required for the capacitor's charge to decrease from fully charged to approximately 37 percent of its initial value.
  • 11.8.B.2 The potential difference across a capacitor and the current in the branch of the circuit containing the capacitor each change over time as the capacitor charges and discharges, but both will reach a steady state after a long time interval.
    • 11.8.B.2.i Immediately after being placed in a circuit, an uncharged capacitor acts like a wire, and charge can easily flow to or from the plates of the capacitor.
    • 11.8.B.2.ii As a capacitor charges, changes to the potential difference across the capacitor affect the charge on the plates of the capacitor, the current circuit branch in which the capacitor is located, and the electric potential energy stored in the capacitor.
    • 11.8.B.2.iii The potential difference across a capacitor, the current in the circuit branch in which the capacitor is located, and the electric potential energy stored in the capacitor all change with respect to time and asymptotically approach steady state conditions.
    • 11.8.B.2.iv After a long time, a charging capacitor approaches a state of being fully charged, reaching a maximum potential difference at which there is zero current in the circuit branch in which the capacitor is located.
    • 11.8.B.2.v Immediately after a charged capacitor begins discharging, the amount of charge on the capacitor plates and the energy stored in the capacitor begin to decrease.
    • 11.8.B.2.vi As a capacitor discharges, the amount of charge on the capacitor, the potential difference across the capacitor, and the current in the circuit branch in which the capacitor is located all decrease until a steady state is reached.
    • 11.8.B.2.vii After either charging or discharging for times much greater than the time constant, the capacitor and the relevant circuit branch may be modeled using steady-state conditions.

Boundary statement: Descriptions of charging/discharging RC circuits in AP Physics 2 are limited to qualitative descriptions and representations. While students should be able to mathematically describe initial and final states of RC circuits, students are not expected to mathematically model these behaviors with respect to time.

עברית

מטרת הלמידה 11.8.A: לתאר את הקיבול השווה של קבלים מרובים.

  • 11.8.A.1 קבוצת קבלים במעגל עשויה להיות מנותחת כאילו מדובר בקבל יחיד בעל קיבול שווה $C_{\text{eq}}$.
    • 11.8.A.1.i ההופך לקיבול השווה של סדרת קבלים מחוברים בסדרה שווה לסכום ההופכים של הקיבולים הבודדים.
      • משוואה: $\dfrac{1}{C_{\text{eq},s}} = \sum_i \dfrac{1}{C_i}$
    • 11.8.A.1.ii הקיבול השווה של סדרת קבלים הוא קטן מהקיבול של הקבל הקטן ביותר.
    • 11.8.A.1.iii הקיבול השווה של סדרת קבלים מחוברים במקביל הוא סכום הקיבולים הבודדים.
      • משוואה: $C_{\text{eq},p} = \sum_i C_i$
  • 11.8.A.2 כתוצאה משמירת המטען, לכל אחד מהקבלים בסדרה חייב להיות אותו גודל של מטען על כל פלטה.

מטרת הלמידה 11.8.B: לתאר את התנהגות מעגל המכיל שילובים של נגדיויות וקבלים.

  • 11.8.B.1 זמן האופי $\tau$ הוא מאפיין חשוב של מעגל RC.
    • 11.8.B.1.i זמן האופי של מעגל RC הוא מדד למהירות טעינת או פריקת הקבל, ומוגדר כ-$\tau = R_{\text{eq}} C_{\text{eq}}$.
    • 11.8.B.1.ii עבור קבל הנטען, זמן האופי מייצג את הזמן הדרוש למטען הקבל לעלות מאפס לכ-63 אחוזים מהערך האסימפטוטי הסופי שלו.
    • 11.8.B.1.iii עבור קבל הנפרק, זמן האופי מייצג את הזמן הדרוש למטען הקבל לרדת ממטען מלא לכ-37 אחוזים מהערך ההתחלתי שלו.
  • 11.8.B.2 הפרש הפוטנציאל על פני קבל והזרם בענף המעגל המכיל את הקבל משתנים לאורך הזמן כאשר הקבל נטען ונפרק, אך שניהם יגיעו למצב יציב לאחר פרק זמן ארוך.
    • 11.8.B.2.i מיד לאחר הוספתו למעגל, קבל ללא מטען מתנהג כמו חוט, ומטען יכול לזרום בקלות אל או מחוץ לפלטות הקבל.
    • 11.8.B.2.ii כאשר קבל נטען, שינויים בפרש הפוטנציאל על פני הקבל משפיעים על המטען בפלטות הקבל, על זרם הענף במעגל בו הקבל ממוקם, ועל אנרגיית הפוטנציאל החשמית האגורה בקבל.
    • 11.8.B.2.iii פרש הפוטנציאל על פני הקבל, הזרם בענף המעגל בו הקבל ממוקם, ואנרגיית הפוטנציאל החשמית האגורה בקבל כולם משתנים בהתאם לזמן ומתקרבים אסימפטוטית למצבי יציבות.
    • 11.8.B.2.iv לאחר זמן רב, קבל הנטען מתקרב למצב של טעינה מלאה, ומגיע לפרש פוטנציאל מקסימלי שבו הזרם בענף המעגל בו הקבל ממוקם הוא אפס.
    • 11.8.B.2.v מיד לאחר שהקבל הטעון מתחיל להיפרק, כמות המטען על פלטות הקבל והאנרגיה האגורה בו מתחילים לרדת.
    • 11.8.B.2.vi כאשר קבל נפרק, כמות המטען על הקבל, פרש הפוטנציאל על פני הקבל, והזרם בענף המעגל בו הקבל ממוקם כולם יורדים עד שמגיעים למצב יציב.
    • 11.8.B.2.vii לאחר טעינה או פריקה לזמנים ארוכים משמעותית מזמן האופי, ניתן לדגמן את הקבל ואת ענף המעגל הרלוונטי באמצעות תנאי מצב יציב.

הצהרת גבול: תיאורי טעינה/פריקה של מעגלי RC באפפיזיקס 2 מוגבלים לתיאורים איכותניים ולנציגות. בעוד שתלמידים אמורים להיות מסוגלים לתאר מתמטית מצבים התחלתיים וסופיים של מעגלי RC, אין ציפייה שתלמידים ידגמו התנהגויות אלו מתמטית בהתאם לזמן.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English
Charging a capacitor (RC)

An RC circuit RC电路 contains a resistor and a capacitor. When charging, the capacitor's voltage rises and the current falls, both exponentially, over a characteristic time $\tau=RC$. Key limits: at the first instant the uncharged capacitor acts like a plain wire (maximum current); after a long time it is fully charged and blocks current (acts like a break).

Worked example. For $R=10\ \text{k}\Omega$ and $C=100\ \mu\text{F}$, the time constant is $\tau=RC=(10\times10^{3})(100\times10^{-6})=1.0\ \text{s}$. After one time constant the capacitor reaches about $63\%$ of the supply voltage; after about $5\tau$ it is essentially fully charged.

עברית
טעינת קבל (RC)

מעגל RC מכיל נגד ומקבל. בזמן טעינה, המתח על המקפר עולה והזרם יורד, שניהם אקספוננציאלית, לאורך זמן אופייני $\tau=RC$. גבולות מרכזיים: ברגע הראשון, מקפר לא טעון פועל כחוט רגיל (זרם מקסימלי); לאחר זמן רב הוא טעון לחלוטין וחוסם זרם (פועל כמו ניתוק).

המטען בקבל דועך באופן אקספוננציאלי בזמן פריקה
המטען על מקפר דועה אקספוננציאלית בזמן פריקה

דוגמה פותרת. עבור $R=10\ \text{k}\Omega$ ו$C=100\ \mu\text{F}$, זמן הקבוע הוא $\tau=RC=(10\times10^{3})(100\times10^{-6})=1.0\ \text{s}$. לאחר זמן קבוע אחד, המקפר מגיע לכ-$63\%$ ממתיח המקור; לאחר כ-$5\tau$ הוא טעון למעשה לחלוטין.

11.8

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

English
  • In series the current is the same throughout; in parallel the voltage is the same across each branch — never mix these up.
  • Combine resistors: series add; parallel $1/R_{\text{eq}}=\sum 1/R_i$ (the total is less than the smallest).
  • Apply Kirchhoff's rules: junction (current in = current out, charge conserved) and loop (voltages sum to zero, energy conserved).
  • Pick the power form that fits your knowns: $P=IV=I^2R=V^2/R$.
  • An ammeter goes in series (ideal: zero resistance); a voltmeter goes in parallel (ideal: infinite resistance). A real meter slightly disturbs the circuit it measures.
  • A bulb is brighter when it dissipates more power – in series the biggest resistance ($I^2R$) glows brightest; in parallel the smallest ($V^2/R$) does.
  • In an RC circuit the capacitor acts like a plain wire the instant it starts charging and like a break once fully charged.
עברית
  • בסדרה הזרם זהה בכל הרשת; במקביל המתח זהה על כל ענף – לעולם אל תערבו ביניהם.
  • שלבו נגדים: בסדרה מתחברים; במקביל $1/R_{\text{eq}}=\sum 1/R_i$ (הסך הכללי קטן מזה הקטן ביותר).
  • השתמשו בחוקי קירכוף: נקודות (זרם נכנס = זרם יוצא, שמירת מטען) ולולאות (סך המתחים אפס, שמירת אנרגיה).
  • בחרו את צורת ההספק שמתאימה לנתונים הידועים לכם: $P=IV=I^2R=V^2/R$.
  • אמפרמטר מחובר בסדרה (אידיאלי: התנגדות אפס); וולטמטר מחובר במקביל (אידיאלי: התנגדות אינסופית). מד מציאותי משבש מעט את המעגל שהוא מודד.
  • נורה זוהרת יותר כאשר היא מפזרת יותר הספק – בסדרה הנגד הגדול ביותר ($I^2R$) זוהר הכי טוב; במקביל הקטן ביותר ($V^2/R$) עושה זאת.
  • במעגל RC המקפר פועל כחוט רגיל ברגע שהטעינה מתחילה וכניתוק ברגע שהוא טעון לחלוטין.

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in AP Physics 2 · ⁨פיזיקה AP 2⁩ · ⁨נושאים נוספים בAP Physics 2 · ⁨פיזיקה AP 2⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP