מקור: אנדרו דאפי, PhD, המחלקה לפיזיקה, אוניברסיטת בוסטון, בוסטון, תואר שני
ניסוי זה חוקר את חוק אוהם, המתייחס לזרם, מתח והתנגדות.
אחת המטרות של הניסוי היא להכיר את דיאגרמות המעגלים ואת המינוח המעורב במעגלים בסיסיים, כגון נגד, התנגדות, זרם, מתח ואספקת חשמל. עד סוף הניסוי, היכרות היא למעלה עם איך חוט את המעגל וכיצד למדוד הן את הזרם עובר דרך רכיב מעגל ואת ההבדל הפוטנציאלי, או מתח, על פני זה.
במעגל, סוללה או ספק כוח מספקים מתח הנמדד בוולט (V) שהופך את זרימת הטעינה. אלמנטים אחרים במעגל, כגון נורות או נגדים (שהם לעתים קרובות רק חוטים צרים ארוכים הפצע לתוך סלילים) להגביל את הקצב שבו המטען זורם. קצב זרימת המטען ידוע כזרם הנמדד באמפרים (A), או מגברים בקיצור, ומידת הנגדים ונורי הנורה מגבילים את הזרימה ידועה כהתנגדותם הנמדדת באוהם (Ω). ניסוי זה כרוך בחקירה של חוק אוהם, המתייחס למתח, זרם והתנגדות.
ניסוי זה בוחן גם את ההבדל בין רכיב מעגל בסיסי הנקרא נגד, לבין נורה ודיודה פולטת אור (LED). נורות ונורות LED הן חלק ממכשירים נפוצים רבים ומשמשות ליישומי תאורה שונים, ולכן כדאי להבין כיצד הם פועלים.
החוק קובע כי הזרם באמצעות מכשיר הוא פרופורציונלי ישירות להבדל הפוטנציאלי החל על המכשיר. ניתן להחיל את חוק Ohm על רכיבי מעגלים בודדים, או על מעגל בכללותו, כדי לחזות ערכים של זרם, אם מתח והתנגדות ידועים, או כדי לקבוע את ההתנגדות, אם מתח וזרם נמדדים.
התנגדות היא מדד לכמה קשה לטעינה לזרום. כמה נגדים יש התנגדות כי הוא קבוע בקיר, בעוד באחרים, התלות בטמפרטורה של התנגדות היא גורם חשוב. שים לב כי ההתנגדות עולה, באופן כללי, ככל שהטמפרטורה עולה. דיודה היא בעצם שסתום חד כיווני לטעינה, המאפשר לזרם לזרום בקלות בכיוון אחד, אך לא מאפשר הרבה זרם לזרום בכיוון ההפוך. ההתנגדות של דיודה תלויה מאוד במתח שחוצה אותה, וזה יודגם בניסוי.
הנתונים שנאספו בניסוי ישמשו לחקר חוק אוהם במעגלים שונים.
1. היכרות עם המנגנון
איור 1: דיאגרמת מעגלים זו מציגה את ספק הכוח (המסומן ב- + ו - סמלים) ואת חיישן המתח (V) המחובר באמצעות שני חוטים.
2. חקירת חוק אוהם
הערה: בחלק זה של הניסוי, המטרה היא להתבונן בגרפים של זרם לעומת מתח.
איור 2: תרשים מעגלים זה מציג את ספק הכוח המחובר לנגד 100 Ω, כאשר חיישן המתח (V) מודד את ההבדל הפוטנציאלי בין הנגד והאמטר המודד את הזרם דרכו.
איור 3: בדיאגרמת מעגל זו, הנגד מוחלף בנורה ונוספה מתג. המתג פתוח בתחילה, כך הנורה כבויה בהתחלה.
איור 4: גרף זרם לעומת מתח עם נגד המסומן ב-100 Ω. התאמה ליניארית לנתונים גורמת למדרון של 0.00991 A/V. שים לב שהנתונים החסרים במרכז הגרף הם פשוט חפץ של ספק הכוח המסוים המשמש בניסוי, שיש לו את התכונה יוצאת הדופן של אי ייצור מתחים מתחת ל- 0.7 V.
איור 5: גרף זרם לעומת מתח עם נגד המסומן ב-200 Ω. התאמה ליניארית לנתונים גורמת שיפוע של 0.00510 A/V.
3. חקירת נורות
איור 6: גרף זרם לעומת מתח עבור נורה ליבון. הגרף מתחיל בפינה השמאלית התחתונה, ואז עקב אחר המסלול העליון ככל שהמתח גדל, והפורה הפכה בהירה מאוד. המתח ירד לאחר מכן, והגרף עקב אחר המסלול התחתון בחזרה למטה למטה שמאלה.
איור 7: גרף זמן נוכחי לעומת זמן לנורה ליבון. הנורה הייתה כבויה, ואז המתח הופעל בסביבות הסימן של 1.4 שניות ונשמר בערך קבוע. הזרם הגיע לשיא של כ 0.57 A, ולאחר מכן ירד לערך קבוע של כ 0.27 A.
איור 8: גרף זרם לעומת מתח עבור דיודה. דיודה, במובן מסוים, משמש שסתום חד כיווני לזרם. הדיודה אינה מאפשרת לזרם לזרום כאשר המתח שלילי, אך כאשר המתח חיובי ומעל לסף מסוים, הזרם זורם ומתגבר במהירות ככל שהמתח עולה בכיוון אחד.
גאדג'טים אלקטרוניים נמצאים בכל מקום בעולם של ימינו, ולחוק של Ohm יש תפקיד בכל אחד מהנג'טים האלה. לדוגמה, פנס שנועד לעבוד על שתי סוללות 1.5 וולט בסדרה (סה"כ 3 וולט), חייב להיות נורה עם התנגדות מתאימה, כך הסוללות לספק כמות מתאימה של זרם כדי לאפשר הנורה לזרוח בבהירות, מבלי לשרוף. החוק של אום עוזר להנחות את הבחירה של הנורה.
יישום נוסף הוא נורה משולשת, אשר יכול לזרוח עם שלוש רמות שונות של בהירות. דרך אחת לעשות נורה כזו היא להיות חוט אחד, אבל למקם את המתח על פני חלקים שונים של זה, תלוי איזה בהירות רצויה. שוב, החוק של Ohm ממלא תפקיד בקביעת שבריר חוט כי המתח ממוקם על פני, ואת ההתנגדות של חוט כולו.
יישום נוסף של החוק של Ohm הוא להגביל את הזרם המסופק למכשיר מסוים, אולי כדי להפחית את הסיכון להתחשמלות, או כדי להגן על המכשיר עצמו (זרמים גבוהים יכולים לגרום להתחממות יתר ושריפה). החוק של Ohm אומר לנו כי, עבור מתח נתון, גבוה יותר ההתנגדות, נמוך יותר את הזרם, ולכן הזרם יכול להיות מוגבל במכשיר על ידי הצבת התנגדות גדולה בסדרה.
Skip to...
Videos from this collection:
Now Playing
Physics II
26.3K Views
Physics II
77.7K Views
Physics II
105.2K Views
Physics II
33.6K Views
Physics II
33.7K Views
Physics II
33.2K Views
Physics II
43.8K Views
Physics II
21.6K Views
Physics II
143.1K Views
Physics II
29.9K Views
Physics II
32.8K Views
Physics II
36.2K Views
Physics II
91.4K Views
Physics II
49.9K Views
Physics II
23.5K Views
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved