שימו לב: ה-100 W שכתוב על הנורה אומר כמה ג'אול היא צורכת בכל שנייה.
הנוסחה
מפתחים את הנוסחה של ההספק
מההתחלההצג פתרון
שאלה למחשבה: יודעים כמה אנרגיה מוסר כל קולון, וכמה קולון עוברים בשנייה. איך נחשב כמה אנרגיה עוברת בשנייה?
1. מתחילים מההגדרה של ההספק:\(P=\frac{E}{t}\)
2. מציבים את האנרגיה של המטען, \(E=qV\):\(P=\frac{q\cdot V}{t}=V\cdot\frac{q}{t}\)
3. מזהים ש-\(\frac{q}{t}\) הוא הזרם:\(\frac{q}{t}=I\)
הנוסחה של ההספק החשמלי:\(P=V\cdot I\)
שימו לב: המשמעות: המתח אומר כמה ג'אול נושא כל קולון, והזרם אומר כמה קולון עוברים בשנייה. המכפלה היא ג'אול בשנייה.
דוגמה 1
מה הזרם בנורה?
מההתחלההצג פתרון
שאלה למחשבה: על נורה כתוב 100 W, והיא מחוברת לשקע בקיר, 220 V. מה הזרם בה?
1. מבודדים את הזרם מהנוסחה:\(P=V\cdot I\ \Rightarrow\ I=\frac{P}{V}\)
הזרם בנורה:\(I=\frac{100}{220}\approx0.45\ \text{A}\)
2. כמה מטען עובר בנורה בדקה?\(q=I\cdot t=0.45\cdot60\approx27\ \text{C}\)
3. כמה אנרגיה הנורה צורכת בשעה?\(E=P\cdot t=100\cdot3600=360{,}000\ \text{J}\)
דוגמה 2
מה הזרם בקומקום?
מההתחלההצג פתרון
שאלה למחשבה: קומקום חשמלי של 2200 W מחובר לאותו שקע של 220 V. האם הזרם בו גדול או קטן מהזרם בנורה?
1. אותה נוסחה:\(I=\frac{P}{V}=\frac{2200}{220}=10\ \text{A}\)
ההשוואה: הזרם בקומקום גדול פי 22 מהזרם בנורה, כי ההספק שלו גדול פי 22.\(\frac{2200}{100}=22\)
שימו לב: באותו מתח, מכשיר חזק יותר מושך זרם גדול יותר. לכן מכשירים חזקים צריכים תילים עבים ושקע מתאים.
דוגמה 3
מה קורה באמריקה?
מההתחלההצג פתרון
שאלה למחשבה: באמריקה המתח בשקע הוא 110 V ולא 220 V. כמה זרם צריכה נורה אמריקאית של 100 W?
1. נורה של 100 W בישראל:\(I=\frac{100}{220}\approx0.45\ \text{A}\)
2. נורה של 100 W באמריקה:\(I=\frac{100}{110}\approx0.91\ \text{A}\)
פי 2 זרם. כל קולון באמריקה מוסר רק 110 J במקום 220 J, ולכן צריך פי 2 קולונים בכל שנייה כדי לקבל את אותם 100 J בשנייה.
4. קומקום של 2200 W באמריקה היה צריך:\(I=\frac{2200}{110}=20\ \text{A}\)
שימו לב: זה זרם גדול מדי לשקע רגיל. לכן באמריקה הקומקומים חלשים יותר ומרתיחים מים לאט יותר.
סיכום
הנוסחאות של הספק חשמלי
אנרגיה של מטען\(E=qV\)
זרם (אמפר)\(I=\frac{q}{t}\)
הספק (וואט)\(P=\frac{E}{t}\)
הספק חשמלי\(P=V\cdot I\)
הזרם במכשיר\(I=\frac{P}{V}\)
טעויות נפוצות
מתח מול זרם: המתח הוא אנרגיה לכל קולון, הזרם הוא קולונים בשנייה.
הספק מול אנרגיה: וואט הוא ג'אול בשנייה. האנרגיה תלויה גם בזמן: \(E=P\cdot t\).
מתח נמוך לא אומר זרם נמוך: באמריקה אותו מכשיר מושך זרם גדול יותר.
ומה יקרה אם נחבר נורה ישראלית לשקע אמריקאי? בשביל זה צריך את המושג הבא: התנגדות.
→ הקודם1 / 7מסך מלאהבא ←
הספק בנגד
זרם חשמלי העובר דרך נגד "מבזבז" אנרגיה (הופכת לחום) לפי מכפלת הזרם במתח. כלומר, ככל שהזרם גדול יותר, וככל שהמתח גדול יותר, כך גדל ההספק המתבזבז בנגד:
$$ P = VI $$
נוסחאות חלופיות - שילוב עם חוק אוהם
ניתן להציב את נוסחת חוק אוהם (\( V=IR \)) בנוסחת ההספק, כדי לקבל נוסחה שימושית יותר במקרה בו לא נתון הזרם או המתח בנפרד:
$$ P = I^2R $$
$$ P = \frac{V^2}{R} $$
מתי משתמשים בכל נוסחה?
\( P=I^2R \) - שימושית כאשר ידוע הזרם וההתנגדות (למשל, ברכיבים המחוברים בטור, שם הזרם משותף).
\( P=\frac{V^2}{R} \) - שימושית כאשר ידוע המתח וההתנגדות (למשל, ברכיבים המחוברים במקביל, שם המתח משותף).
יחידות
יחידת ההספק היא ואט (W), השווה לג'ול לשנייה (J/s). זהו אותו הספק המוכר מהמכניקה - חוק שימור האנרגיה תקף גם כאן: האנרגיה החשמלית המבוזבזת בנגד הופכת לחום (או לאור, בנורה, וכו').
הגשת מטלה
📎
גרור לכאן או לחץ לבחירת קובץ
PDF, JPG, JPEG, PNG · עד 10MB לקובץ · ניתן לבחור מספר קבצים
התחבר לקורס
הגישה לקורס זה דורשת התחברות. עליך להזין את פרטי ההתחברות להלן!