נגד

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

יש לך הודעות חדשות (השווה לגרסה הקודמת).

ערך זה זקוק לעריכה, על מנת שיתאים לסגנון המקובל בוויקיפדיה.
לצורך זה ייתכנו סיבות אחדות: פגמים טכניים כגון מיעוט קישורים פנימיים, סגנון הטעון שיפור או צורך בהגהה. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה שלו.

נגד של 75 אוהם

נגד הוא רכיב במעגל חשמלי הצורך אנרגיה חשמלית, ואנרגיה זו הופכת בו לאנרגיית חום.

תכונתו העיקרית של נגד היא התנגדות חשמלית. כאשר עובר זרם חשמלי בנגד, נוצר על פניו מפל מתח, וישנה המרה של אנרגיה חשמלית לחום (אנרגיה תרמית). כלומר, אם נמדוד את הפרשי המתח בנקודה לפני הנגד ואחרי הנגד, נראה שינוי, כי קיים הפרש פוטנציאלים.

אפשר לראות בהתנגדות חשמלית את המקבילה החשמלית לחיכוך המכאני - היות והיא יוצרת הפסד אנרגיה שאינו ניתן למיחזור (מעין כוח לא משמר).

התנגדות חשמלית נמדדת ביחידות אוהם (Ω), ונהוג לסמנה באות האנגלית $R$ .

תוכן עניינים

1 סוגי נגדים
2 נגדים אידאליים
- 2.1 חיבור נגדים אידאליים
  - 2.1.1 חיבור טורי
  - 2.1.2 חיבור מקבילי
3 מגבלות טכניות של נגדים
4 סימון על נגדים

[עריכה] סוגי נגדים

נגדים מופיעים לרוב בשתי תצורות: נגדים שהתנגדותם קבועה ונגדים משתנים, הנקראים גם פוטנציומטרים, טרימרים או נגדים ריאוסטטיים.

לנגדים שהתנגדותם קבועה צורה מוארכת, כמעיין נקניק עשוי חומר קרמי שמקצותיו יוצאים שני מוליכים מתכתיים. הנגדים המשתנים נראים כיחידה בת שלוש רגליים ובראשה בורג קטן, הוא בורר ההתנגדות. ההתנגדות בין שתי הרגליים הקיצוניות היא התנגדותו המירבית של הנגד המשתנה, בעוד שההתנגדות בין הרגל האמצעית לכל אחת מן הקיצוניות משתנה בהתאם לסיבוב הבורג. ההתנגדות בין הרגל האמצעית לבין הקיצונית האחת, ועוד ההתנגדות בין האמצעית לקיצונית השנייה תהיה שווה להתנגדות המירבית של הנגד. מסיבה זו, משתמשים לרוב רק בשתיים מבין רגליו של הנגד המשתנה.

[עריכה] נגדים אידאליים

נגדים אידאלים הינם רכיבים חשמליים תאורטיים אשר מצייתים באופן מוחלט לחוק אוהם. כלומר ההתנגדות החשמלית שלהם קבועה ללא כל תלות בתנאים חיצוניים. בקירוב (בטווח טמפרטורות, מתחיםו וזרמים מסוימים) ניתן לקרב את ההתנגדות של נגד להתנגדות של נגד אידאלי. בפישוט של מעגליים חשמליים, ניתן לייצג צרכני חשמל כנגדים אידאליים בעלי התנגדות חשמלית שקולה (אקוויולנטית). דוגמאות ל"נגדים" כאלה: קומקום חשמלי, תנור.

[עריכה] חיבור נגדים אידאליים

ישנן אינספור דרכים לחבר נגדים, אם כי בתהליך הניתוח של המעגל החשמלי ניתן לרוב לפשט את החיבור לשילוב של חיבור מקבילי ו\או חיבור טורי.

[עריכה] חיבור טורי

שני רכיבים מחוברים בטור אם:

הם מחוברים (על־ידי מוליך) בנקודה (צומת חשמלית) אחת בלבד.
לנקודה (צומת חשמלית) הזאת לא מחובר רכיב נוסף.

מחוק הזרמים של קירכהוף נובע שהזרם I קבוע לאורך כל ה"טור". ניתן להבין זאת בצורה אינטואיטיבית כך: מכיוון שבחיבור טורי הזרם לא יכול לזרום מחוץ ל"טור" (אנו מניחים שהמעגל נמצא בתוך מבודד אידאלי). כל המטענים המרכיבים את הזרם חייבים לזרום דרך כל הנגדים ב"טור". ניתן לדמות זאת לצינרות מבודדים שבהם יש זרם של מים. מכיוון שהמים לא דולפים דרך הצינור כל טיפה של מים הזורמת דרך חלק אחד של הצינור חייבת לזרום בסופו של דבר (אם הזרם קבוע) דרך כל הצינור.

ניתן לפשט את טור הנגדים האידאליים הזה ולהתייחס לכל הטור כאל נגד אחד (נקרא לו $R t o t a l$ ). נניח שיש לנו $\ n\in \mathbb{N}$ (מספר טבעי [מספר שלם חיובי]) של נגדים המחוברים בטור. ידוע לנו שהזרם בכל אחד מהם שווה למספר קבוע $I$ (ראינו זאת בפיסקה הקודמת). נסמן את ההתנגדות של הנגד ה"ראשון" ב- $R 1$ של הנגד "השני" ב- $R 2$ וכך הלאה. נניח שהמתח בין קצות הטור ידוע לנו (נקרא לו $V$ ). נסמן את המתח על הנגד ה"ראשון" ב- $V 1$ המתח על הנגד ה"שני" ב- $V 2$ וכן הלאה...

מחוק אוהם נובע:

$I=\frac{V_1}{R_1}=\frac{V_2}{R_2}=...=\frac{V_n}{R_n}$

מחוק שימור האנרגיה (או מחוק המתחים של קירכהוף) אנחנו יודעים ש: V1+V2+...Vn=V או במילים פשוטות סכום המתחים על כל הנגדים בטור שווה למתח בין שני קצוות הטור. אם קיים נגד שקול אזי הוא חייב לקיים את חוק אוהם, כלומר:

$R{total}=\frac{V}{I}$

קיבלנו: $R{total}=\frac{V_1+V_2+...+V_n}{I}=\frac{V_1}{I}+\frac{V_2}{I}+...+\frac{Vn}{I}=R_1+R_2+...+R_n$

כלומר הנגד השקול לטור של נגדים אידאליים. הוא נגד אידאלי שההתנגדות שלו שווה לסכום ההתנגדויות בטור. ובנוסחא:

$R_{total}=\sum R_i$

[עריכה] חיבור מקבילי

במעגל מקבילי מתקיים: $\frac{1}{R_{total}}=\sum\frac{1}{R_i}$

ועבור שני נגדים בלבד מתקיים: ${R_{total}}=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}$

לפי חוק שימור כמות המטען, הזרם הנכנס לצומת מסיים שווה לסכום הזרמים היוצאים מאותו צומת.
המתח על כל אחד מהרכיבים שווה.

[עריכה] מגבלות טכניות של נגדים

נגדים מוגבלים מבחינת כושר הדיוק שלהם, הנמדד באחוזים, וכן מבחינת ההספק המירבי שהם יכולים לשאת, דהיינו כמות החום שהם יכולים "לספוג" לפני שישרפו או יצאו מתחום הלינאריות שלהם, בו מתקיים חוק אוהם. הנגדים הנפוצים ביותר כשירים לעמוד בהספקים של עד 4/1 וואט, ודיוקם, לרוב, 20% (כלומר, התנגדותם עשויה לחרוג בכ-20% מההתנגדות המסומנת עליהם). חוסר הדיוק הוא תוצא של תהליך הייצור ההמוני והזול של הנגדים, ומשום כך נגדים מדויקים יותר נוטים להיות גם יקרים יותר.

[עריכה] סימון על נגדים

מקובל לסמן על נגדים בתהליך הייצור את ערך ההתנגדות של הנגד ואת אחוז הדיוק שלו. סימון זה מכונה גם "קוד נגדים". במעגלים פשוטים אחוז הדיוק הוא לרוב 20%, אך במערכות אחרות הדיוק חשוב ועשוי להגיע עד למתחת לאחוז בודד של סטיה מערך ההתנגדות המצוין על הנגד. שני פסי הצבע הראשונים מסמנים את שתי הספרות הראשונות של הנגד. הצבע השלישי מסמן את מספר האפסים שיש להוסיף והצבע הרביעי את אחוז הדיוק. סידרת הצבעים מתחילה מהמרווח הקטן יותר של תחילת הנגד.

צבע	מספר
שחור	0
חום	1
אדום	2
כתום	3
צהוב	4
ירוק	5
כחול	6
סגול	7
אפור	8
לבן	9
זהב	0.1
כסף	0.01
צבע	דיוק
חום	1+-
אדום	2+-
זהב	5 +-
כסף	10+-
ללא צבע	20+-

חשמל
מושגי יסוד	שדה חשמלי \| מתח חשמלי \| זרם חשמלי \| התנגדות ומוליכות \| עכבה \| הספק \| קיבול חשמלי \| השראות \| זרם ישר \| זרם חילופין \| חוק אוהם \| מעגל חשמלי
רכיבים בסיסים	מוליך \| מבודד \| מקור מתח \| מקור זרם \| סוללה \| נגד \| קבל \| משרן \| שנאי \| מתג
מכשירי מדידה	אוסצילוסקופ \| אמפרמטר \| אוהם-מטר \| גלוונומטר \| וולטמטר \| רב מודד \| מגר \| מד השראות \| מד קיבול
אלקטרוניקה	מוליך למחצה \| דיודה \| טרנזיסטור \| טריודה \| מעגל משולב \| מעגל מודפס \| שפופרת ריק \| מיקרואלקטרוניקה
יחידות מידה	וולט \| אמפר \| פאראד \| אוהם \| ואט \| קולון \| הנרי \| סימנס
זרם חזק	גנרטור חשמלי \| מנוע חשמלי \| תחנת כוח \| מערכת חלוקה
בטיחות בחשמל	התחשמלות \| לוח חשמל \| ממסר פחת \| הארקה \| קצר חשמלי